JP2004340838A - 測長用標準部材および測長データの校正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の寸法標準部材ではパターン微細化に対応できなかった。
【解決手段】光学的回折角測定が可能な回折格子を複数用意して水平面と斜面に設置することにより微細寸法の校正が可能となる。
【効果】光学的測定以下の寸法を校正できるので１００ ｎｍ以下の次世代半導体パターン測定用の装置寸法校正が可能である。また高さ標準としても使用可能である。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は測長用標準部材およびその作製方法および標準部材を用いた測長データの寸法校正方法に関わり、特に電子ビーム測長用の標準部材およびその作製方法および標準部材を用いた測長データの寸法校正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の測長用標準部材は特開平７−７１９４７にあるように（１１０）半導体基板上にレーザ干渉露光と異方性湿式エッチングにより作製した回折格子が用いられてきた。その回折格子の配置は標準部材の水平面に設定されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の標準部材で可能な最小寸法は、レーザ干渉露光法の解像限界によっており、用いるレーザ光の波長の２分の１がピッチ寸法の限界である。現在レーザ干渉露光装置で用いられている波長３５１．１ ｎｍのアルゴンイオンレーザではピッチ寸法で約２００ ｎｍが限界である。またレーザ光源をより短波長に替えた露光装置も技術課題が多く開発が困難である。同様に校正に用いるレーザ光を用いた回折格子の回折角測定でも測定限界があり最小ピッチ寸法が約２００ ｎｍ以下では計測が困難である。しかしながら、半導体デバイスの微細化が加速されているために最小加工寸法が１００ ｎｍを切ってきた。この超微細加工の寸法管理には電子ビーム測長装置が用いられているが、この装置の絶対精度管理のためには寸法標準部材が不可欠である。しかしながら従来の寸法標準部材では最新の半導体デバイスの最小加工寸法には対応ができなくなる。
【０００４】
本発明の目的は、より微細な基準寸法を有した標準部材およびその作製方法および測長データの校正方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、従来の回折格子を複数用意し、そのうち一つの回折格子を標準部材の水平面に設置し、残りの回折格子の一つを上記水平面に対し一定の角度を有した斜面に設置する。各々の回折格子はそれぞれレーザ光を用いた回折格子の回折角測定によりそのピッチ寸法がすでに求められている。
【０００６】
まず水平面に設置した回折格子により電子ビーム測長装置あるいは探針プローブ顕微鏡を校正する。次に水平面に対し一定の角度を有した斜面に設置された回折格子のピッチ寸法を電子ビーム測長装置あるいは探針プローブ顕微鏡により求める。
【０００７】
電子ビームあるいは探針プローブを用いて、水平面上に形成された回折格子と斜面上に形成された回折格子を連続的に走査すると、回折格子のピッチ寸法は標準部材の斜面角度に依存して水平のときのピッチ寸法より小さい値が測定される。つまり、斜面上の回折格子のピッチ寸法は水平のときのピッチ寸法より傾いた分だけ、即ち、水平の時のピッチ寸法に傾斜角のサインｓｉｎｅをかけた分だけ小さくなる。したがって、校正に用いた水平面の回折格子のピッチ寸法より小さな基準寸法が新たに求められることとなる。よって、このデータを標準寸法として用いれば、電子ビーム測長装置あるいは探針プローブ顕微鏡等の測長データを高精度に校正することが可能となる。
【０００８】
この際、電子ビームや探針プローブの走査の同一高さに両回折格子を配置させることでより高精度な校正が可能となる。最新の半導体デバイスの最小加工寸法に対応した微細パターンを測長するような高倍率の測定条件では水平面に設置した回折格子の１ピッチが走査領域に入らない条件がでてくる。そこでこのような高倍率の際は斜面上の回折格子を用いて上記方法で求めたピッチ寸法により高倍率条件での寸法校正を行うことで高精度な寸法測定が可能になる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図１および図２に本発明の電子ビーム測長装置用寸法標準部材の例を、図３に従来の電子ビーム測長装置用寸法標準部材を示す。これらに用いる回折格子２，３，５は、図４および図５に示す様な面方位（１１０）のシリコン基板上の凹凸パターン６、８をレーザ干渉露光法と湿式エッチングにより作製したものをアルミ製のホルダー１，４に搭載してある。これらの回折格子のピッチ寸法は約２００ ｎｍであり、この値はレーザを用いた回折角測定により求められている。パターンは４ｍｍ角の試料７の全面に一様に形成されている。従来の寸法標準部材を用いて電子ビーム測長装置を校正する場合には、微細性の問題がある。最新の半導体パターンでは最小加工寸法が１００ ｎｍを切るものが現れてきている。しかしながらレーザ干渉露光による従来の回折格子パターンでは最小ピッチ寸法は２００ ｎｍであり、半導体パターンを測長する二十万倍以上の画像視野には回折格子パターンの１ピッチ分が入りきらなくなるためにこの倍率での寸法校正ができなくなった。
【００１０】
本発明では図１および図２に示すように標準部材において従来の水平面の回折格子３に加えて６０度の角度を有した斜面に回折格子２を設置した標準部材を用いた。両方ともピッチ寸法は２００ ｎｍであり、この値はレーザを用いた回折角測定により求められている。
【００１１】
次に本発明の標準部材を用いた電子ビーム測長装置の校正法について述べる。本発明の標準部材１１を電子ビーム測長装置の試料台１２に図６のように搭載する。まず試料台１２を移動し標準部材１１を電子ビーム偏向領域に位置させる。次に図７に示すように水平位置の回折格子３に電子ビーム９を走査させ、二次電子検出器により十万倍の倍率で二次電子信号波形を得る。この結果、図８に示した二次電子信号波形が得られる。この信号波形から回折格子のピッチ寸法ａを求める。同一回折格子３上の１０点以上で同様な測定を行いピッチ寸法の平均値を求める。この平均値を光学的回折角から求めたピッチ寸法２００．００ ｎｍの値に変換することで十万倍の倍率での電子ビーム測長装置の校正ができる。次に同じ十万倍の倍率で同一焦点固定したまま図７の斜面にある回折格子２に電子ビーム１０を走査して二次電子信号波形を得る。図９に示すように最も波形の鋭い領域が水平面と同じ高さの回折格子部でありこの信号波形から回折格子パターン間のピッチ寸法ｂが１００．０５ ｎｍと得られた。次に倍率を二十万倍での校正を行った。この倍率では回折格子３に電子ビームを走査して二次電子信号波形を得ても図１０に示すように水平面の回折格子３の１ピッチ分が測定ビームの偏向内に収まらないのでこの回折格子のピッチ寸法は求められない。そこで斜面にある回折格子１０に電子ビームを走査して図１１に示すような二次電子信号波形を得た。この信号波形からピッチ寸法ｂが求められたのでこの値を十万倍で得られた１００．０５ ｎｍと変換することで二十万倍の倍率での電子ビーム測長装置の校正ができた。これらの校正後、図６のウェーハ１３上に記形成されている半導体パターンに移動してこのパターンの寸法計測に最適な二十万倍での計測を行いパターン寸法６７ ｎｍを得ることができ、設計寸法６５ ｎｍに対して精度の高い加工ができていることが確かめられた。
【００１２】
次に本発明標準部材を用いた高さ校正法について述べる。本発明の標準部材１１を電子ビーム測長装置の試料台１２に図６のように搭載する。まず試料台１２を移動し標準部材１１を電子ビーム偏向領域に位置させる。次に図７に示すように水平位置の回折格子３に電子ビーム９を走査させ、二次電子検出器により十万倍の倍率で二次電子信号波形を得る。この結果、図８に示した二次電子信号波形が得られる。この信号波形から回折格子のピッチ寸法ａを求める。同一回折格子３上の１０点以上で同様な測定を行いピッチ寸法の平均値を求める。この平均値を光学的回折角から求めたピッチ寸法２００．００ ｎｍの値に変換することで十万倍の倍率での電子ビーム測長装置の校正ができる。次に同じ十万倍の倍率で同一焦点固定したまま図７の斜面にある回折格子２に電子ビーム１０を走査して二次電子信号波形を得る。図９に示すように最も波形の鋭い領域が水平面と同じ高さの回折格子部でありこの信号波形から回折格子パターン間のピッチ寸法ｂが１００．０５ ｎｍと得られた。このピッチ寸法の比２００．００：１００．０５から回折格子が設置されている斜面の角度は水平面に対し５９．９８度の角度であることが正確に求められた。したがって斜面のピッチとこの５９．９８度の角度を考慮すると斜面の１ピッチあたり１７３．１７ ｎｍの高さであることがわかった。このような操作を行うことにより従来の標準部材にはない高さ標準を内在することができた。
【００１３】
本実施例では一定方向の回折格子を一組用いたが、水平面でそれぞれ縦横およびこれに対応する斜面にそれぞれ縦横、計４つの回折格子を用いれば水平面で縦横両方の寸法校正が可能である。また、本実施例での斜面の角度は５９．９８度の例について述べたが、所望のピッチ寸法に対応した任意の角度を設定すれば同様の効果が得られる。水平面のピッチ寸法の半分程度のピッチ寸法を実現するには４５度以上の角度が必要となる。
（実施例２）
図１２は、本発明の別の実施例である。本実施例の標準部材は、４つの回折格子を水平面上および斜面上に、それぞれ溝の方向が直行する向きに配置したものである。２が斜面上に配置された２つの回折格子、３が水平面上に配置された２つの回折格子である。このように、溝の向きが直行する方向に回折格子を配置することにより、縦横二次元の長さを一度に較正する標準部材が実現できる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によれば、光学的回折角測定が可能なピッチ寸法以下の寸法校正でも対応が可能となる。また、寸法のみならず微小な高さ標準にも対応できる。実施例においては電子ビーム測長装置の校正について述べたが、探針プローブ顕微鏡の校正についても同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の校正用標準部材の一例。
【図２】本発明の校正用標準部材の断面。
【図３】従来の校正用標準部材。
【図４】校正用標準部材の回折格子。
【図５】（１１０）半導体基板上に湿式エッチングで作製した回折格子凹凸パターン。
【図６】校正用標準部材を搭載した電子ビーム測長装置。
【図７】本発明の校正用標準部材の断面と電子ビーム走査。
【図８】十万倍での二次電子信号波形。
【図９】十万倍での二次電子信号波形。
【図１０】二十万倍での二次電子信号波形。
【図１１】二十万倍での二次電子信号波形。
【図１２】本発明の校正用標準部材の別の実施例。
【符号の説明】
１、４…ホルダー、２、３、５、７…回折格子、６、８…（１１０）面と（１１１）面で校正された回折格子凹凸パターン、９，１０…電子ビーム、１１…標準部材、１２…試料台、１３…ウェーハ、１４，１５，１６，１７…二次電子信号波形。

Claims (8)

1. 水平面と、該水平面に対して一定の角度で傾斜した斜面と、前記水平面上に設けられ、かつピッチ寸法が求められている少なくとも一つの第１の回折格子と、前記斜面上に形成され、かつたピッチ寸法が求められている少なくとも一つの第２の回折格子とを備えたことを特徴とする測長用標準部材。
2. 水平面と、該水平面に対して一定の角度で傾斜した斜面と、前記水平面上に形成されかつピッチ寸法が求められている複数の第１の回折格子と、前記斜面上に形成されかつピッチ寸法が求められている複数の第２の回折格子とを有し、
   前記第１の回折格子のうち少なくとも２つは互いに水平面内で直交するように配置され、
   前記第２の回折格子のうち少なくとも２つは互いに斜面上内で直交するように配置されたことを特徴とした測長用標準部材。
3. 請求項１または２に記載の測長用標準部材において、前記斜面上に配置された回折格子の一部が前記水平面に配置された回折格子のパターン面の高さに等しくなるように配置されたことを特徴とする測長用標準部材。
4. 請求項１または２に記載の測長用標準部材において、前記斜面上に配置された回折格子の前記水平面に対する傾斜角は４５度以上であることを特徴とする。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の測長用標準部材において、上記回折格子パターンが（１１０）面と（１１１）面で校正される凹凸状のパターンであることを特徴とする測長用標準部材。
6. 一定のピッチ寸法を有する複数の回折格子が水平面および斜面上に形成された測長用標準部材を用いた測長データの寸法校正方法において、
   前記水平面上に形成された回折格子のピッチ寸法を計測し、
   前記斜面上に形成された回折格子のピッチ寸法を計測し、
   前記水平面上に形成された回折格子のピッチ寸法と、前記水平面に対する前記斜面の傾斜角とから斜面上に形成された回折格子のピッチの実寸法を計算し、
   該計算されたピッチ寸法を用いて前記斜面上に形成された回折格子のピッチ寸法の計測データを校正し、
   該校正されたピッチ寸法を標準寸法として測長データの校正を行なうことを特徴とする測長データの寸法校正方法。
7. 一定のピッチ寸法を有する複数の回折格子が水平面および斜面上に形成された測長用標準部材を用いた測長データの寸法校正方法において、
   電子ビームあるいは探針プローブによる水平面に設置された該回折格子のピッチ寸法と斜面に設置された該回折格子のピッチ寸法比較により上記斜面の角度を算出することにより斜面部での計測位置の高さを測定し、
   該測定された高さを用いて前記電子ビームまたは探針プローブにより測定された測長データの寸法校正を行なうことを特徴とする測長データの寸法校正方法。
8. 上記回折格子パターンが（１１０）面と（１１１）面で校正される凹凸状パターンであることを特徴とした第７項および第８項記載の校正方法。

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