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KR101928394B1 - Method of measuring resolution of charged particle beam and charged particle beam writing apparatus - Google Patents

Method of measuring resolution of charged particle beam and charged particle beam writing apparatus Download PDF

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KR101928394B1
KR101928394B1 KR1020170096889A KR20170096889A KR101928394B1 KR 101928394 B1 KR101928394 B1 KR 101928394B1 KR 1020170096889 A KR1020170096889 A KR 1020170096889A KR 20170096889 A KR20170096889 A KR 20170096889A KR 101928394 B1 KR101928394 B1 KR 101928394B1
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charged particle
particle beam
mark
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focus position
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KR1020170096889A
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유키타카 시미즈
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가부시키가이샤 뉴플레어 테크놀로지
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Abstract

본 발명의 일 태양에 따른 하전 입자빔의 분해능 측정 방법은, 하전 입자빔의 포커스 위치를 높이 방향으로 변경하고, 상기 포커스 위치마다 기판 상에 형성된 도트 마크를 상기 하전 입자빔으로 주사하는 공정과, 상기 포커스 위치마다 상기 도트 마크로부터 반사된 반사 하전 입자를 검출하는 공정과, 상기 반사 하전 입자의 검출 결과로부터 산란 하전 입자 분포를 상기 포커스 위치에 대응하는 높이마다 연산하는 공정과, 상기 하전 입자빔의 개구각 및 분해능을 파라미터로서 포함하는 상기 하전 입자빔의 빔 파형의 근사식과 상기 도트 마크의 마크 형상의 콘볼루션 연산을 행하는 공정과, 상기 높이마다의 산란 하전 입자 분포와 상기 콘볼루션 연산의 연산 결과를 피팅하여 상기 개구각 및 분해능을 산출하는 공정을 구비한다.A method for measuring a resolution of a charged particle beam according to an aspect of the present invention includes the steps of changing a focus position of a charged particle beam in a height direction and scanning a dot mark formed on the substrate with the charged particle beam for each focus position, The method comprising the steps of: detecting reflected charged particles reflected from the dot mark for each focus position; calculating scattered charged particle distribution from the detection result of the reflected charged particles for each height corresponding to the focus position; A step of carrying out a convolution operation of an approximate expression of the beam waveform of the charged particle beam including the aperture angle and the resolution as parameters and a mark shape of the dot mark; And calculating the aperture angle and the resolution.

Figure 112017073648134-pat00004
Figure 112017073648134-pat00004

Description

하전 입자빔의 분해능 측정 방법 및 하전 입자빔 묘화 장치 {METHOD OF MEASURING RESOLUTION OF CHARGED PARTICLE BEAM AND CHARGED PARTICLE BEAM WRITING APPARATUS}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method of measuring a resolution of a charged particle beam and a charged particle beam imaging apparatus using the charged particle beam,

본 발명은 하전 입자빔의 분해능 측정 방법 및 하전 입자빔 묘화 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for measuring the resolution of a charged particle beam and a charged particle beam imaging apparatus.

LSI의 고집적화에 수반하여, 반도체 디바이스의 회로 선폭은 해마다 미세화되고 있다. 반도체 디바이스에 원하는 회로 패턴을 형성하기 위해서는, 축소 투영형 노광 장치를 이용하여 석영 상에 형성된 고정밀도의 원화(原畵) 패턴(마스크, 혹은 특히 스테퍼 또는 스캐너에서 이용되는 것은 레티클이라고도 함)을 웨이퍼 상에 축소 전사하는 방법이 채용되고 있다. 고정밀도의 원화 패턴은 전자빔 묘화 장치에 의해 묘화되며, 이른바 전자빔 리소그래피 기술이 이용되고 있다.With the increasingly high integration of LSIs, the circuit line width of semiconductor devices is becoming smaller every year. In order to form a desired circuit pattern on a semiconductor device, a high-precision original pattern (mask, or in particular, used in a stepper or a scanner, also referred to as a reticle) formed on quartz is transferred onto a wafer A method of carrying out a reduced transfer onto a recording medium is adopted. A high-precision source pattern is imaged by an electron beam drawing apparatus, so-called electron beam lithography technique is used.

전자빔 묘화 장치에서는 빔의 분해능 및 개구각에 기초하여 초점 맞춤 등의 각종 설정이 행해진다. 예를 들면, 전자빔을 주사하여 기판 상의 도트 패턴(금속 패턴)에 전자빔을 조사하고, 반사 전자를 계측하여, 그 계측 결과로부터 빔 강도 분포를 연산하고, 빔 강도 분포로부터 소정의 식에 기초하여 빔 분해능을 연산하였다(예를 들면 일본특허공개공보 제2007-188671호, 일본특허공개공보 제2007-234263호 참조).In the electron beam drawing apparatus, various settings such as focusing are performed based on the resolving power of the beam and the opening angle. For example, the electron beam is scanned to irradiate an electron beam onto a dot pattern (metal pattern) on the substrate, the reflected electrons are measured, the beam intensity distribution is calculated from the measurement result, (See, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-188671 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-234263).

전자빔 묘화 장치의 묘화 정밀도를 향상시키기 위해서는 빔의 분해능 및 개구각을 정밀도 좋게 계산할 것이 요구된다.In order to improve the drawing accuracy of the electron beam drawing apparatus, it is required to calculate the resolution and aperture angle of the beam with high precision.

본 발명은 하전 입자빔의 분해능 및 개구각을 정밀도 좋게 구할 수 있는 하전 입자빔의 분해능 측정 방법 및 하전 입자빔 묘화 장치를 제공한다.The present invention provides a method for measuring the resolution of a charged particle beam and a charged particle beam imaging apparatus capable of accurately obtaining the resolution and aperture angle of the charged particle beam.

본 발명의 일 태양에 따른 하전 입자빔의 분해능 측정 방법은, 하전 입자빔의 포커스 위치를 높이 방향으로 변경하고, 상기 포커스 위치마다 기판 상에 형성된 도트 마크를 상기 하전 입자빔으로 주사하는 공정과, 상기 포커스 위치마다 상기 도트 마크로부터 반사된 반사 하전 입자를 검출하는 공정과, 상기 반사 하전 입자의 검출 결과로부터 산란 하전 입자 분포를 상기 포커스 위치에 대응하는 높이마다 연산하는 공정과, 상기 하전 입자빔의 개구각 및 분해능을 파라미터로서 포함하는 상기 하전 입자빔의 빔 파형의 근사식과 상기 도트 마크의 마크 형상의 콘볼루션 연산을 행하는 공정과, 상기 높이마다의 산란 하전 입자 분포와 상기 콘볼루션 연산의 연산 결과를 피팅하여 상기 개구각 및 분해능을 산출하는 공정을 구비하는 것이다.A method for measuring a resolution of a charged particle beam according to an aspect of the present invention includes the steps of changing a focus position of a charged particle beam in a height direction and scanning a dot mark formed on the substrate with the charged particle beam for each focus position, The method comprising the steps of: detecting reflected charged particles reflected from the dot mark for each focus position; calculating scattered charged particle distribution from the detection result of the reflected charged particles for each height corresponding to the focus position; A step of carrying out a convolution operation of an approximate expression of the beam waveform of the charged particle beam including the aperture angle and the resolution as parameters and a mark shape of the dot mark; And calculating the opening angle and the resolution.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 전자빔 묘화 장치의 개략도이다.
도 2는 전자빔의 가변 성형을 설명하는 도면이다.
도 3은 동 실시 형태에 따른 빔 분해능 및 개구각의 측정 방법을 설명하는 순서도이다.
도 4는 산란 전자 분포의 예를 나타내는 그래프이다.
도 5는 산란 전자 분포의 미분 파형의 예를 나타내는 그래프이다.
도 6은 산란 전자 분포의 측정 결과와 연산 결과의 피팅 처리를 설명하는 순서도이다.
도 7은 마크 형상의 근사예를 나타내는 도면이다.
도 8은 마크 형상의 근사예를 나타내는 도면이다.
도 9는 다른 실시 형태에 따른 빔 분해능 및 개구각의 측정 방법을 설명하는 순서도이다.
1 is a schematic view of an electron beam drawing apparatus according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a view for explaining the variable shaping of an electron beam.
3 is a flowchart for explaining the beam resolution and the aperture angle measuring method according to the embodiment.
4 is a graph showing an example of scattered electron distribution.
5 is a graph showing an example of a differential waveform of the scattered electron distribution.
6 is a flow chart for explaining the measurement results of the scattered electron distribution and fitting processing of the calculation results.
Fig. 7 is a diagram showing an approximate example of a mark shape.
8 is a view showing an approximate example of a mark shape.
Fig. 9 is a flowchart for explaining a beam resolution and an aperture angle measurement method according to another embodiment.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 전자빔 묘화 장치의 개략도이다. 도 1에 나타낸 묘화 장치(1)는 묘화부(30)와, 묘화부(30)의 동작을 제어하는 제어부(10)를 구비한 가변 성형형의 묘화 장치이다.1 is a schematic view of an electron beam drawing apparatus according to an embodiment of the present invention. The drawing apparatus 1 shown in Fig. 1 is a drawing apparatus of a variable mold type provided with a drawing unit 30 and a control unit 10 for controlling the operation of the drawing unit 30. Fig.

묘화부(30)는 전자 경통(40) 및 묘화실(50)을 가지고 있다. 전자 경통(40) 내에는 전자총(41), 블랭킹 애퍼처(42), 제1 성형 애퍼처(43), 제2 성형 애퍼처(44), 블랭킹 편향기(45), 성형 편향기(46), 대물 편향기(47) 및 렌즈(48)(조명 렌즈(CL), 투영 렌즈(PL), 대물 렌즈(OL))가 배치되어 있다.The drawing section (30) has an electron lens barrel (40) and a drawing room (50). A blanking aperture 42, a first shaping aperture 43, a second shaping aperture 44, a blanking deflector 45, a shaping deflector 46, An objective deflector 47 and a lens 48 (an illumination lens CL, a projection lens PL, and an objective lens OL) are arranged.

묘화실(50) 내에는 이동 가능하게 배치된 XY 스테이지(52) 및 검출기(54)가 배치된다. XY 스테이지(52) 상에는 기판(60)이 재치되어 있다. 기판(60)은 예를 들면 표면에 금속 마크가 되는 도트 마크(62)가 형성된 실리콘 기판이다. 도트 마크(62)는 직육면체(평면에서 봤을 때 사각형) 형상이며, 실리콘보다 반사율이 큰 텅스텐 또는 탄탈 등의 금속 재료로 제작되어 있다. 검출기(54)는 전자빔의 조사에 의해 도트 마크(62)로부터 반사된 반사 전자를 검출한다.An XY stage 52 and a detector 54, which are movably arranged, are disposed in the painting room 50. A substrate 60 is placed on the XY stage 52. The substrate 60 is, for example, a silicon substrate having a dot mark 62 formed on the surface thereof as a metal mark. The dot mark 62 is in the form of a rectangular parallelepiped (square in plan view), and is made of a metal material such as tungsten or tantalum, which has a reflectance higher than that of silicon. The detector 54 detects the reflected electrons reflected from the dot mark 62 by the irradiation of the electron beam.

전자 경통(40) 내에 설치된 전자총(41)으로부터 방출된 전자빔(49)은 블랭킹 편향기(45) 내를 통과할 때에 블랭킹 편향기(45)에 의해 빔 온의 상태에서는 블랭킹 애퍼처(42)를 통과하도록 제어되고, 빔 오프의 상태에서는 빔 전체가 블랭킹 애퍼처(42)로 차폐되도록 편향된다. 빔 오프의 상태에서 빔 온이 되고, 그 후 빔 오프가 될 때까지 블랭킹 애퍼처(42)를 통과한 전자빔(49)이 1 회의 전자빔의 샷이 된다.The electron beam 49 emitted from the electron gun 41 provided in the electron lens barrel 40 is passed through the blanking deflector 45 and is directed by the blanking deflector 45 to the blanking aperture 42 And in the state of beam-off, the entire beam is deflected so as to be shielded by the blanking aperture 42. [ The beam is turned on in the beam-off state, and then the electron beam 49 passed through the blanking aperture 42 becomes one shot of the electron beam until the beam is turned off.

블랭킹 편향기(45)와 블랭킹 애퍼처(42)를 통과함으로써 생성된 각 샷의 전자빔(49)은 조명 렌즈(48)에 의해 직사각형의 개구(43a)(도 2 참조)를 가지는 제1 성형 애퍼처(43)에 조사된다. 제1 성형 애퍼처(43)의 개구(43a)를 통과함으로써 전자빔(49)은 직사각형으로 성형된다.The electron beam 49 of each shot produced by passing through the blanking deflector 45 and the blanking aperture 42 is directed by the illumination lens 48 to the first shaping aperture 42a having a rectangular opening 43a And irradiated to the plug 43. The electron beam 49 passes through the opening 43a of the first shaping aperture 43 to form a rectangular shape.

제1 성형 애퍼처(43)를 통과한 제1 성형 애퍼처상의 전자빔은 투영 렌즈(48)(PL)에 의해 제2 성형 애퍼처(44) 상에 투영된다. 제2 성형 애퍼처(44) 상에서의 제1 애퍼처상의 위치는 성형 편향기(46)에 의해 제어된다. 이에 따라, 제2 성형 애퍼처(44)의 개구(44a)를 통과하는 전자빔의 형상과 치수를 변화시킬(가변 성형을 행함) 수 있다.The electron beam on the first shaping aperture which has passed through the first shaping aperture 43 is projected onto the second shaping aperture 44 by the projection lens 48 (PL). The position on the first aperture 44 on the second shaping aperture 44 is controlled by the shaping deflector 46. Thus, the shape and dimension of the electron beam passing through the opening 44a of the second shaping aperture 44 can be changed (variable shaping is performed).

제2 성형 애퍼처(44)를 통과한 전자빔은 대물 렌즈(48)(OL)에 의해 초점이 맞춰지고, 대물 편향기(47)에 의해 편향되어 XY 스테이지(52) 상의 기판(60)의 도트 마크(62)를 주사하도록 조사된다.The electron beam that has passed through the second shaping aperture 44 is focused by the objective lens 48 and deflected by the objective deflector 47 so that the dots of the substrate 60 on the XY stage 52 The mark 62 is irradiated to scan.

제어부(10)는 제어 계산기(12), 제어 회로(14), 증폭기(16) 및 A / D 변환기(18)를 가지고 있다. 검출기(54)에서 검출된 신호가 증폭기(16)에서 증폭되고 A / D 변환기(18)에서 디지탈 신호로 변환되어 제어 계산기(12)에 송신된다.The control unit 10 has a control calculator 12, a control circuit 14, an amplifier 16, and an A / D converter 18. The signal detected by the detector 54 is amplified by the amplifier 16 and converted into a digital signal by the A / D converter 18 and transmitted to the control calculator 12. [

제어 계산기(12)의 입출력 데이터 또는 연산 중인 데이터는 메모리(도시 생략)에 적당히 저장된다. 제어 계산기(12)는 묘화 장치(1)의 각 부의 동작을 제어한다. 예를 들면, 제어 계산기(12)는 제어 회로(14)를 개재하여 블랭킹 편향기(45), 성형 편향기(46), 대물 편향기(47)의 편향량을 제어한다. 또한, 제어 계산기(12)는 묘화부(30)에서 조사되는 전자빔의 분해능 및 개구각의 계산을 행한다.The input / output data of the control calculator 12 or the data being calculated is appropriately stored in a memory (not shown). The control calculator 12 controls the operation of each section of the drawing apparatus 1. [ For example, the control calculator 12 controls the amount of deflection of the blanking deflector 45, the molding deflector 46, and the object deflector 47 via the control circuit 14. [ The control calculator 12 also calculates the resolving power of the electron beam irradiated by the imaging unit 30 and the aperture angle.

전자빔의 분해능 및 개구각의 측정 방법을 도 3에 나타낸 순서도를 이용하여 설명한다.A method of measuring the resolution and the aperture angle of the electron beam will be described with reference to the flowchart shown in Fig.

전자빔을 주사하여, 기판(60) 상에 형성된 도트 마크(62)의 앞에서부터 도트 마크(62) 상으로 이동하도록 전자빔을 조사한다(단계(S1)). 전자빔의 빔 사이즈는 도트 마크(62)의 폭 치수보다 작다.The electron beam is scanned to irradiate the electron beam to move from the front of the dot mark 62 formed on the substrate 60 onto the dot mark 62 (step S1). The beam size of the electron beam is smaller than the width dimension of the dot mark 62. [

전자빔의 조사에 의해 도트 마크(62)로부터 반사(산란)된 전자를 검출기(54)로 검출한다(단계(S2)). 검출기(54)에서 검출된 신호는 증폭기(16) 및 A / D 변환기(18)를 거쳐 제어 계산기(12)로 송신된다.The electrons reflected (scattered) from the dot mark 62 by the irradiation of the electron beam are detected by the detector 54 (step S2). The signal detected by the detector 54 is transmitted to the control calculator 12 via the amplifier 16 and the A / D converter 18. [

제어 계산기(12)는 반사 전자의 검출 결과로부터 산란 전자 분포를 측정한다(단계(S3)). 예를 들면, 전자빔의 주사에 수반하여 도트 마크(62)에 중첩되는(조사됨) 전자빔의 면적은 서서히 증가(제1 구간)한 후, 일정해지고(제2 구간), 그 후 서서히 감소(제3 구간)한다. 이 때문에, 산란 전자 분포는 세로축을 산란 전자량, 가로축을 빔 위치로 한 경우, 도 4에 나타낸 바와 같이 제1 구간에서 상승하고, 제2 구간에서 일정해지고, 제3 구간에서 하강하는 파형이 된다. 도 4는 가로축 방향으로 1024 점으로 한 측정 결과의 예를 나타내고 있다.The control calculator 12 measures the scattered electron distribution from the detection result of the reflected electrons (step S3). For example, the area of the electron beam superimposed (irradiated) on the dot mark 62 with the scanning of the electron beam is gradually increased (first section), then becomes constant (second section) Three sections). Therefore, when the longitudinal axis is the scattering electron amount and the abscissa is the beam position, the scattering electron distribution becomes a waveform that rises in the first section, becomes constant in the second section, and falls in the third section as shown in Fig. 4 . Fig. 4 shows an example of measurement results obtained by setting the number of points to 1024 in the horizontal axis direction.

이 파형을 미분하면, 도 5에 나타낸 것과 같은 1 개의 산부와 1 개의 골짜기부가 연속한 것 같은 파형이 된다.If this waveform is differentiated, it becomes a waveform such that one hill part and one valley part as shown in Fig. 5 are continuous.

높이 방향(z 방향)으로 전자빔의 포커스 위치를 이동시켜, n 개소(n은 2 이상의 정수)의 z 좌표의 산란 전자 분포를 취득한다(단계(S1 ~ S5)). 예를 들면, z 좌표마다 도 5에 나타낸 것과 같은 미분 파형이 얻어진다.The focus position of the electron beam is moved in the height direction (z direction) to acquire the scattered electron distribution of the z coordinate of n points (n is an integer of 2 or more) (steps S1 to S5). For example, a differential waveform as shown in Fig. 5 is obtained for each z coordinate.

또한, 포커스 위치를 이동시켰을 때에 빔의 크기가 변하지 않도록 광학계의 조정을 행해 두는 것이 바람직하다. 또한, 빔의 강도도 피팅 대상으로 되어 있으므로 포커스 위치를 이동시킬 때마다 검출기(54)의 감도를 변경하지 않는 것이 바람직하다.It is also preferable to adjust the optical system so that the size of the beam does not change when the focus position is moved. Since the intensity of the beam is also to be fitted, it is preferable not to change the sensitivity of the detector 54 every time the focus position is moved.

이어서, 피팅 처리(단계(S6))에 대해 도 6에 나타낸 순서도를 이용하여 설명한다.Next, the fitting process (step S6) will be described with reference to the flowchart shown in Fig.

전자빔의 개구각을 α, 측정 시의 초점 이탈을 b로 한 경우, z 좌표마다의 전자빔의 분해능(σ(z))은 이하의 수학식 1로 표시된다.The resolution (? (Z)) of the electron beam for each z coordinate when the opening angle of the electron beam is? And the focus deviation at the time of measurement is b is expressed by the following equation (1).

Figure 112017073648134-pat00001
Figure 112017073648134-pat00001

빔 위치를 x, 빔 사이즈의 절반을 h로 한 경우, 빔 파형은 이하의 근사식(수학식 2)으로 나타낼 수 있다.When the beam position is x and the half of the beam size is h, the beam waveform can be expressed by the following approximate expression (Equation 2).

Figure 112017073648134-pat00002
Figure 112017073648134-pat00002

이러한 근사식으로부터 빔 분해능(σ) 및 빔 개구각(α)을 이용하여 z 좌표마다의 빔 파형을 구한다(단계(S61)). 또한, 도트 마크(62)를 직육면체로 가정하고 마크 높이, 마크 위치, 마크 폭을 피팅 파라미터로 하여 마크 형상을 구한다(단계(S62)). 단계(S61)에서 구하는 빔 파형 및 단계(S62)에서 구하는 마크 형상은 단계(S1 ~ S5)의 측정 결과에 맞춰 예를 들면 가로축 방향 1024 점으로 형상을 근사시킨다.From this approximate expression, a beam waveform for each z coordinate is obtained by using the beam resolution () and the beam opening angle alpha (step S61). Further, assuming that the dot mark 62 is a rectangular parallelepiped, the mark shape is obtained using the mark height, mark position, and mark width as fitting parameters (step S62). The beam waveform obtained in the step S61 and the mark shape obtained in the step S62 approximate the shape to, for example, 1024 points along the horizontal axis in accordance with the measurement results of the steps S1 to S5.

제어 계산기(12)가 단계(S61)에서 구한 빔 파형과 단계(S62)에서 구한 마크 파형과의 콘볼루션 연산을 행하여 z 좌표마다의 산란 전자 분포를 계산한다(단계(S63)). 콘볼루션 연산은 예를 들면 이하와 같이 하여 실행할 수 있다. 먼저, 빔 파형과 마크 형상(예를 들면 1024 점으로 형상을 근사)의 주파수 성분을 FFT로 구한다. 이어서, 빔 파형의 주파수 성분과 마크 형상의 주파수 성분의 복소 공액을 주파수 성분마다 곱한다. 그리고, 그 결과를 역FFT한다.The control calculator 12 performs a convolution operation between the beam waveform obtained in the step S61 and the mark waveform obtained in the step S62 to calculate the scattered electron distribution for each z coordinate (step S63). Convolution operations can be performed, for example, as follows. First, a frequency component of a beam waveform and a mark shape (for example, approximate to a shape of 1024 points) is obtained by FFT. Next, the complex conjugate of the frequency component of the beam waveform and the frequency component of the mark shape is multiplied for each frequency component. Then, inverse FFT is performed on the result.

콘볼루션 연산의 연산 결과에 단계(S1 ~ S5)에서 얻어진 n 개의 산란 전자 분포의 측정 결과를 피팅하여 오차(가로축 방향의 측정점마다의 산란 전자 강도의 차의 제곱의 총합)를 구한다(단계(S65)). 오차가 작아지는 동안에는(단계(S66_Yes)) 피팅 파라미터를 갱신(변경)하고(단계(S67)), 단계(S61 ~ S65)를 반복한다. 오차가 작아지지 않게 되었을 때의(오차가 최소가 됨) α 및 σ(b)을 구한다. 이에 따라, 전자빔의 개구각과 분해능을 동시에 산출할 수 있다.(The sum of the squares of the differences of the scattering electron intensities for each measurement point in the horizontal axis direction) is obtained by fitting the measurement results of the n scattering electron distributions obtained in steps S1 to S5 to the calculation result of the convolution operation (step S65 )). While the error is small (step S66_Yes), the fitting parameters are updated (changed) (step S67), and steps S61 to S65 are repeated. And? And? (B) when the error becomes small (the error becomes minimum) are obtained. Accordingly, the aperture angle and resolution of the electron beam can be calculated at the same time.

이와 같이 본 실시 형태에 따르면, z 방향으로 포커스 위치를 이동시킨 z 좌표마다의 산란 전자 분포를 측정하고, z 좌표마다의 측정 결과에 대하여 빔 개구각(α) 및 분해능(σ)을 한 번에 피팅하기 때문에, 개구각(α) 및 분해능(σ)을 정밀도 좋게 구할 수 있다.As described above, according to the present embodiment, the scattered electron distribution for each of the z-coordinates in which the focus position is moved in the z-direction is measured, and the beam opening angle alpha and the resolution () The aperture angle? And the resolution? Can be obtained with high precision.

제어 계산기(12)는 분해능이 최소가 되는 b가 초점 위치가 되도록 묘화부(30)를 제어한다.The control calculator 12 controls the imaging unit 30 so that b, which minimizes the resolution, becomes the focus position.

상기 실시 형태에서는 도트 마크(62)의 마크 형상을 직육면체로 가정하였으나, 도트 마크(62)의 가공 정밀도 또는 도트 마크(62)에 대한 전자빔의 조사에 따른 열화 등에 의해 마크 형상은 반드시 직육면체로는 되지 않는다. 이 때문에, 마크 형상에 관한 파라미터도 피팅 파라미터로서 고려하는 것이 바람직하다.The shape of the mark of the dot mark 62 is assumed to be a rectangular parallelepiped, but the shape of the mark is not necessarily a rectangular parallelepiped by the processing accuracy of the dot mark 62 or deterioration due to irradiation of the electron beam to the dot mark 62 Do not. For this reason, it is preferable to consider also the parameter relating to the mark shape as the fitting parameter.

예를 들면, 도 7에 나타낸 바와 같이 마크 높이의 절반을 A, 마크 위치를 о, 마크 폭을 w, 마크 열화 정도(예를 들면 빔 주사 방향에서의 도트 마크 상면의 양 엣지의 곡률 반경)를 δ1, δ2로 하면, 마크 형상은 이하의 수학식 3으로 근사시킬 수 있다. 또한, 수학식 3의 값이 음인 범위는 0으로 한다.For example, as shown in Fig. 7, assuming that the half of the mark height is A, the mark position is o, the mark width is w, and the mark deterioration degree (for example, the radius of curvature of both edges of the dot mark upper surface in the beam scanning direction) delta 1 and delta 2, the mark shape can be approximated by the following expression (3). In addition, the negative range of the value of Equation 3 is zero.

Figure 112017073648134-pat00003
Figure 112017073648134-pat00003

제어 계산기(12)는 전술한 수학식 2의 빔 파형과 수학식 3의 마크 형상의 콘볼루션 연산을 행하고, 연산 결과에 대하여 n 개의 산란 전자 분포의 측정 결과를 피팅한다. 피팅 파라미터는 빔 파형에서의 σ(b), α, h 및 b와 마크 형상에서의 A, о, w, δ1, δ2의 총 9 개이다.The control calculator 12 performs the convolution operation of the beam waveform of the above-described equation (2) and the mark shape of the equation (3), and fits the measurement results of n scattered electron distributions to the calculation result. The fitting parameters are a total of nine of σ (b), α, h and b in the beam waveform and A, о, w, δ1 and δ2 in the mark shape.

예를 들면, 최소 제곱법으로서 가우스·뉴턴법을 이용할 수 있다. 이 경우, 수치 연산 오차의 영향도 포함해서 반드시 점화식의 실행마다 제곱 오차가 작아져 간다고는 할 수 없기 때문에, 점화식으로 피팅 파라미터를 갱신했을 때에는 갱신 전의 피팅 파라미터와 갱신 후의 피팅 파라미터 사이를 등분(예를 들면 100 등분)하고, 그 중에서 제곱 오차가 최소가 되는 점을 다음 피팅 파라미터로서 채용하는 것이 바람직하다. 제곱 오차의 계산 및 피팅 파라미터의 갱신을 반복하여, 오차가 최소가 되는 경우의 α 및 σ(b)을 구한다. 이에 따라, 전자빔의 개구각과 분해능을 동시에 산출할 수 있다. 도트 마크 형상도 피팅 파라미터로서 고려하고 있기 때문에, 개구각(α) 및 분해능(σ)을 더 정밀도 좋게 구할 수 있다.For example, the Gauss-Newton method can be used as the least squares method. In this case, since the square error does not necessarily decrease every execution of the ignition formula including the influence of the numerical calculation error, when the fitting parameters are updated in the ignition formula, the fitting parameters before the update and the fitting parameters after the update are equally divided And the point at which the square error is minimized is used as the next fitting parameter. The calculation of the squared error and the updating of the fitting parameters are repeated to obtain? And? (B) when the error becomes minimum. Accordingly, the aperture angle and resolution of the electron beam can be calculated at the same time. Since the dot mark shape is also considered as a fitting parameter, the opening angle? And the resolution? Can be obtained with higher precision.

가우스·뉴턴법이 아니라 최급강하법(최속강하법)을 사용하여, 각 파라미터를 조금 변화시켰을 때에 제곱 오차가 감소되는 양에 비례시켜 각 파라미터를 변화시켜도 된다. 또는, 그 외의 최소 제곱법으로 오차가 최소가 되도록 피팅 파라미터를 구해도 된다.The parameters may be changed in proportion to the amount by which the square error is reduced when the parameters are slightly changed by using the most rapid method (the fastest descent method) instead of the Gauss-Newton method. Alternatively, fitting parameters may be obtained such that the error is minimized by other least squares methods.

피팅 대상은 산란 파형 그 자체를 이용해도 되고, 산란 파형의 미분 파형 또는 이차 미분 파형을 이용해도 된다(도 6의 단계(S64)). 미분 파형을 이용하는 경우는 제곱 오차(가로축 방향의 측정점마다의 산란 전자 강도의 미분과 콘볼루션 연산 결과의 미분의 차의 제곱의 총합)가 최소가 되도록 피팅 파라미터를 구한다. 이차 미분 파형을 이용하는 경우도 마찬가지이다.The fitting object may be a scattering waveform itself, or a differential waveform or a second derivative waveform of a scattering waveform (step S64 in Fig. 6). In the case of using the differential waveform, the fitting parameters are obtained so that the square error (the sum of the difference between the differential of the scattered electron intensity for each measurement point in the horizontal axis direction and the difference of the differential of the result of the convolution operation) is minimized. The same applies to the case of using a second derivative waveform.

마크 형상을 직육면체로 가정하지 않아도 되며, 예를 들면 단면 형상이 직사각형인 요철형을 가정해도 되고, 도 8에 나타낸 바와 같이 단면 형상이 직사각형 이외인 임의의 형상의 것을 가정해도 된다.It is not necessary to assume that the mark shape is a rectangular parallelepiped. For example, it may be assumed that the shape of the mark is a rectangular concave-convex shape, and that the cross-sectional shape is any other shape than the rectangular shape as shown in Fig.

상기 실시 형태에서는 산란 전자 분포의 측정에 임해서 포커스 위치를 이동시켰을 때에 빔의 크기가 변하지 않도록 광학계의 조정을 행하고 있으나, 빔의 크기의 변화가 0이 되도록 조정하는 것은 곤란하다. 이 때문에, 빔의 크기 변화도 피팅 파라미터로서 고려하는 것이 바람직하다.In the above embodiment, the optical system is adjusted such that the beam size does not change when the focus position is moved for the measurement of the scattered electron distribution. However, it is difficult to adjust the beam size to be zero. For this reason, it is preferable to consider the beam size change also as a fitting parameter.

또한, 상기 실시 형태에서는 기판(60) 상에 형성된 1 개의 도트 마크(62)를 이용하여 산란 전자 분포를 측정하였으나, 복수개의 도트 마크(62)를 이용하여 산란 전자 분포를 측정함으로써 피팅 정밀도를 향상시킬 수 있다.In the above embodiment, the scattered electron distribution is measured using one dot mark 62 formed on the substrate 60, but the scattering electron distribution is measured using the plurality of dot marks 62 to improve the fitting accuracy .

이와 같이, 복수개의 도트 마크(62)로 산란 전자 분포를 측정하고 빔의 크기 변화도 피팅하여 전자빔의 분해능 및 개구각을 측정하는 방법을 도 9에 나타낸 순서도를 이용하여 설명한다.A method for measuring the scattering electron distribution with a plurality of dot marks 62 and measuring the resolution and aperture angle of the electron beam by fitting the beam size variation will be described with reference to the flowchart shown in Fig.

전자빔을 주사하여 기판(60) 상에 형성된 m 개(m은 2 이상의 정수)의 도트 마크(62) 중 1 개에 대해 전자빔을 조사하고, 반사 전자를 검출하여 산란 전자 분포를 취득한다(단계(S11 ~ S13)). 이어서, 높이 방향(z 방향)으로 전자빔의 포커스 위치를 이동시켜 n 개소(n은 2 이상의 정수)의 z 좌표의 산란 전자 분포를 취득한다(단계(S14, S15)). 단계(S11 ~ S15)의 처리는 도 3의 단계(S1 ~ S5)의 처리와 동일하다. 이러한 n 개소의 z 좌표의 산란 전자 분포의 취득을 m 개의 도트 마크(62)에 대해 차례로 행한다(단계(S16, S17)).An electron beam is irradiated to one of the dot marks 62 (m is an integer of 2 or more) formed on the substrate 60 by scanning the electron beam, and the scattered electron distribution is obtained by detecting the reflected electrons S11 to S13). Subsequently, the focus position of the electron beam is moved in the height direction (z direction) to acquire the scattered electron distribution of the z coordinates of n points (n is an integer of 2 or more) (steps S14 and S15). The processing in steps S11 to S15 is the same as the processing in steps S1 to S5 in Fig. The scattering electron distribution of the z coordinates of the n points is acquired sequentially for the m dot marks 62 (steps S16 and S17).

후술하는 바와 같이 빔의 크기 변화도 피팅 파라미터로서 고려하는데, 산란 전자 분포의 측정에 임해 포커스 위치를 이동시켰을 때에 빔의 크기가 변하지 않도록 광학계의 조정을 행한다. 또한, 검출기(54)의 감도는 변경하지 않는다.As described later, the change in the size of the beam is also considered as the fitting parameter. The adjustment of the optical system is performed so that the beam size does not change when the focus position is shifted in the measurement of the scattered electron distribution. In addition, the sensitivity of the detector 54 is not changed.

피팅 처리(단계(S18))는 도 6에 나타낸 처리와 동일하다. 단, 빔의 크기 변화도 피팅 파라미터로 하기 때문에, 전술한 수학식 2의 h를 h(z) = k(z)*h(0)로 한다. 빔 강도가 빔의 크기의 제곱에 반비례하는, 즉 좌표(z)에서의 빔 강도는 z = 0에서의 빔 강도의 1/(k(z))2 배가 된다고 한다.The fitting process (step S18) is the same as the process shown in Fig. However, since the beam size variation is also a fitting parameter, h (z) = k (z) * h (0) in the above-described equation (2). It is assumed that the beam intensity is inversely proportional to the square of the beam size, i.e., the beam intensity at the coordinate z is 1 / (k (z)) 2 times the beam intensity at z = 0.

또한, 수학식 1의 측정 시의 초점 이탈(b)을 도트 마크(62)의 개수분(m 개)으로 하고 또한 수학식 3에 나타낸 마크 형상의 근사식을 도트 마크(62)의 개수분(m 개) 준비한다.It is also assumed that the focus deviation (b) at the time of measurement in the formula (1) is the number of the dot portions (m) of the dot mark 62 and the approximate expression of the mark shape shown in the expression (3) m).

측정 시의 초점 이탈(b) 정밀도 향상을 목적으로 하여, z = 0의 근방에서의 포커스 위치의 이동 간격을 다른 영역보다 작게 해도 된다.The moving distance of the focus position in the vicinity of z = 0 may be made smaller than the other area for the purpose of improving the focus deviation (b) precision at the time of measurement.

수학식 1의 초점 이탈(b)을 m 개, 빔의 크기(h(z))를 z = 0을 기준으로 복수개로 한 빔 파형과 m 개의 마크 형상의 근사식의 콘볼루션 연산을 행하여 z 좌표마다의 산란 전자 분포를 계산한다. 그리고, 콘볼루션 연산의 연산 결과에 단계(S11 ~ S17)에서 얻어진 산란 전자 분포의 측정 결과를 피팅하여 오차를 구한다. 피팅 파라미터를 갱신하여 오차가 최소가 되는 개구각(α) 및 분해능(σ(b))을 구한다.A convolution operation of a beam waveform and a m-shaped mark approximate expression in which a plurality of defocus (b) and a beam size (h (z)) of z = 0 in Equation To calculate the scattering electron distribution per unit area. Then, an error is obtained by fitting the measurement result of the scattering electron distribution obtained in the steps S11 to S17 to the calculation result of the convolution operation. The fitting parameters are updated to obtain the opening angle? And the resolution? (B) at which the error becomes minimum.

빔의 크기 변화도 피팅 파라미터로 하기 때문에, 피팅 대상이 산란 전자 분포의 미분 파형이 아니라 산란 전자 분포 그 자체여도 정밀도 좋게 피팅할 수 있다. 또한, z가 큰 개소에서도 산란 전자 분포에 대하여 정밀도 좋게 피팅할 수 있다.Since the change in the size of the beam is also used as a fitting parameter, the fitting object can be fitted with high precision even if the scattering electron distribution itself is not a differential waveform of the scattering electron distribution. In addition, it is possible to precisely fit the scattered electron distribution even at a position where z is large.

또한, 마크 열화 정도(δ1, δ2)를 피팅 파라미터로 하고 있기 때문에, 기판(60) 상의 도트 마크(62)가 열화된 경우에도 산란 전자 분포의 측정에 사용할 수 있다.Further, since the mark deterioration degrees? 1 and? 2 are used as the fitting parameters, they can be used for the measurement of the scattered electron distribution even when the dot marks 62 on the substrate 60 deteriorate.

상기 실시 형태에서는 빔 사이즈가 도트 마크(62)의 폭 치수보다 작은 전자빔을 도트 마크(62)에 조사하는 예에 대해 설명하였으나, 도트 마크 및 빔 형상으로부터 산란 전자 분포를 계산하고 있기 때문에, 빔 사이즈에 제한은 없으며 도트 마크(62)의 폭 치수보다 빔 사이즈가 큰 전자빔을 조사해도 된다.In the above embodiment, the electron beam having the beam size smaller than the width dimension of the dot mark 62 is irradiated to the dot mark 62. However, since the scattered electron distribution is calculated from the dot mark and the beam shape, But an electron beam having a larger beam size than the width dimension of the dot mark 62 may be irradiated.

제어 계산기(12)의 기능은 하드웨어로 구성해도 되고, 소프트웨어로 구성해도 된다. 소프트웨어로 구성하는 경우에는 적어도 일부의 기능을 실현하는 프로그램을 CD-ROM 등의 기록 매체에 수납하고 전기 회로를 가지는 컴퓨터에 판독하게 하여 실행시켜도 된다.The function of the control calculator 12 may be configured by hardware or software. In the case of constituting by software, a program for realizing at least some functions may be stored in a recording medium such as a CD-ROM and read by a computer having an electric circuit and executed.

상기 실시 형태에서는 전자빔을 조사하는 묘화 장치에 대해 설명하였으나, 이온빔 등의 다른 하전 입자빔을 조사하는 것이어도 된다. 묘화 장치는 가변 성형형에 한정되지 않으며, 복수의 빔을 한 번에 조사하는 멀티빔 묘화 장치여도 된다.Although the drawing apparatus for irradiating an electron beam has been described in the above embodiment, it may be irradiated with another charged particle beam such as an ion beam. The drawing apparatus is not limited to the variable mold type, and may be a multi-beam drawing apparatus that irradiates a plurality of beams at one time.

또한, 본 발명은 상기 실시 형태 그대로에 한정되지 않으며, 실시 단계에서는 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성 요소를 변형하여 구체화할 수 있다. 또한, 상기 실시 형태에 개시되어 있는 복수의 구성 요소의 적당한 조합에 의해 다양한 발명을 형성할 수 있다. 예를 들면, 실시 형태에 나타낸 전체 구성 요소로부터 몇 개의 구성 요소를 삭제해도 된다. 또한, 상이한 실시 형태에 걸친 구성 요소를 적절히 조합해도 된다.Further, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be embodied by modifying the constituent elements within the scope of the present invention without departing from the gist of the present invention. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above embodiments. For example, some constituent elements may be deleted from the entire constituent elements shown in the embodiments. In addition, components extending over different embodiments may be appropriately combined.

Claims (10)

하전 입자빔의 포커스 위치를 높이 방향으로 변경하고, 상기 포커스 위치마다 기판 상에 형성된 도트 마크를 상기 하전 입자빔으로 주사하는 공정과,
상기 포커스 위치마다 상기 도트 마크로부터 반사된 반사 하전 입자를 검출하는 공정과,
상기 반사 하전 입자의 검출 결과로부터 산란 하전 입자 분포를 상기 포커스 위치에 대응하는 높이마다 연산하는 공정과,
상기 하전 입자빔의 개구각 및 분해능을 파라미터로서 포함하는 상기 하전 입자빔의 빔 파형의 근사식과 상기 도트 마크의 마크 형상의 콘볼루션 연산을 행하는 공정과,
상기 높이마다의 산란 하전 입자 분포와 상기 콘볼루션 연산의 연산 결과를 피팅하여 상기 개구각 및 분해능을 산출하는 공정
을 구비하는 하전 입자빔의 분해능 측정 방법.
Changing the focus position of the charged particle beam in the height direction and scanning the dot mark formed on the substrate with the charged particle beam for each of the focus positions,
Detecting reflected charged particles reflected from the dot mark for each focus position;
Calculating a scattered charged particle distribution for each height corresponding to the focus position from the detection result of the reflected charged particles;
Performing a convolution operation of an approximate expression of the beam waveform of the charged particle beam including the aperture angle and resolution of the charged particle beam as parameters and a mark shape of the dot mark;
A step of calculating the opening angle and resolution by fitting the scattered charged particle distribution for each height and the calculation result of the convolution operation
And measuring the resolution of the charged particle beam.
제1항에 있어서,
상기 마크 형상은 높이, 폭, 열화 정도 및 위치를 파라미터로서 포함하는 근사식으로 표시되는 것을 특징으로 하는 하전 입자빔의 분해능 측정 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the shape of the mark is represented by an approximate expression including a height, a width, a degree of deterioration, and a position as parameters.
제2항에 있어서,
상기 열화 정도는 상기 도트 마크의 엣지의 곡률 반경인 것을 특징으로 하는 하전 입자빔의 분해능 측정 방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the degree of deterioration is a radius of curvature of the edge of the dot mark.
제1항에 있어서,
상기 하전 입자빔의 포커스 위치를 높이 방향으로 변경했을 때에 빔의 크기가 변하지 않도록 광학계의 조정을 행하는 것을 특징으로 하는 하전 입자빔의 분해능 측정 방법.
The method according to claim 1,
Wherein adjustment of the optical system is performed so that the size of the beam is not changed when the focus position of the charged particle beam is changed in the height direction.
제4항에 있어서,
상기 하전 입자빔의 포커스 위치를 높이 방향으로 변경했을 때에 상기 반사 하전 입자를 검출하는 검출기의 감도가 변하지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 하전 입자빔의 분해능 측정 방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the sensitivity of the detector for detecting the charged charged particles is not changed when the focus position of the charged particle beam is changed in the height direction.
제1항에 있어서,
상기 기판 상에는 복수의 도트 마크가 형성되어 있으며, 상기 포커스 위치마다 각 도트 마크를 하전 입자빔으로 주사하고, 반사 하전 입자의 검출 결과로부터 산란 하전 입자 분포를 연산하는 것을 특징으로 하는 하전 입자빔의 분해능 측정 방법.
The method according to claim 1,
Wherein a plurality of dot marks are formed on the substrate, each dot mark is scanned with a charged particle beam for each focus position, and the scattered charged particle distribution is calculated from the detection result of the reflected charged particles. How to measure.
제1항에 있어서,
상기 하전 입자빔의 빔 파형의 근사식은 높이 방향에서의 상기 하전 입자빔의 크기의 변화를 파라미터로서 포함하는 것을 특징으로 하는 하전 입자빔의 분해능 측정 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the approximate expression of the beam waveform of the charged particle beam includes a change in the size of the charged particle beam in a height direction as a parameter.
제1항에 있어서,
상기 산란 하전 입자 분포의 미분과 상기 콘볼루션 연산의 연산 결과의 미분을 피팅하여 상기 개구각 및 분해능을 산출하는 것을 특징으로 하는 하전 입자빔의 분해능 측정 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the aperture angle and the resolution are calculated by fitting the derivative of the scattered charged particle distribution and the derivative of the calculation result of the convolution operation.
하전 입자빔의 포커스 위치를 높이 방향으로 변경하고, 상기 포커스 위치마다 기판 상에 형성된 도트 마크를 상기 하전 입자빔으로 주사하는 묘화부와,
상기 포커스 위치에 대응하는 높이마다 상기 도트 마크로부터 반사된 하전 입자의 검출 결과로부터 산란 하전 입자 분포를 연산하고, 상기 하전 입자빔의 개구각 및 분해능을 파라미터로서 포함하는 상기 하전 입자빔의 빔 파형의 근사식과 상기 도트 마크의 마크 형상의 콘볼루션 연산을 행하여, 상기 높이마다의 산란 하전 입자 분포와 상기 콘볼루션 연산의 연산 결과를 피팅하여 상기 개구각 및 분해능을 산출하는 제어 계산기
를 구비하는 하전 입자빔 묘화 장치.
An imaging unit for changing the focus position of the charged particle beam in the height direction and scanning the dot mark formed on the substrate for each of the focus positions with the charged particle beam,
Calculating a scattered charged particle distribution from the detection result of the charged particles reflected from the dot mark for each height corresponding to the focus position, calculating a scattered charged particle distribution of the beam waveform of the charged particle beam including the aperture angle and the resolution of the charged particle beam as parameters A control calculator for calculating an aperture angle and a resolution by fitting an approximate expression and a mark-shaped convolution operation of the dot mark, fitting the scattered charged particle distribution for each height and the calculation result of the convolution operation,
And a charged particle beam imaging device.
제9항에 있어서,
상기 마크 형상은 높이, 폭, 열화 정도 및 위치를 파라미터로서 포함하는 근사식으로 표시되는 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 묘화 장치.
10. The method of claim 9,
Wherein the mark shape is represented by an approximate expression including a height, a width, a degree of deterioration, and a position as parameters.
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