JP2008224258A - Charged particle beam apparatus - Google Patents

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康則 庄司
Tomonari Morioka
友成 盛岡
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勝範 中島
Seiichi Ukai
征一 鵜飼
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide two types of aggregates of linear protrusions which have a large contrast in secondary electron images acquired when irradiate with an electron beam and which intersect each other at right angles, and to provide a size calibration sample for scanning electron microscopes that use the same. <P>SOLUTION: A crystal face of a (100) face single crystal silicon substrate is used to form an upper surface of a linear pattern, and (111) plane are used to form sidewalls, having acute angles to the upper surface to form a linear protrusion structure in parallel with or perpendicular to a <011> axis. A cross section, in parallel with the upper surface of the protrusion structure, is formed in such a way as to have an inverted taper structure having a decreasing width starting from the upper surface to a bottom part. A large contrast of secondary electron images acquired, from the boundaries of the two types of linear protrusions which intersect each other at right angles can be set, and accurate calibration can be carried out in the two directions of vertical and lateral directions. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は半導体を用いた試料に関し、特に走査形電子顕微鏡に用いられる寸法校正用試料及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a sample using a semiconductor, and more particularly to a sample for dimensional calibration used for a scanning electron microscope and a manufacturing method thereof.

走査形電子顕微鏡は、電子線を走査して得られる2次電子の信号波形を用いて寸法を測定することが可能である。寸法測定をする前に、予め寸法が分かっている部材を用いて測定を行い、走査電子顕微鏡の測定で求まった寸法と実際の寸法との校正を行えば、その後の寸法測定精度を向上させることができる。そのため、走査形電子顕微鏡には通常寸法校正専用の試料が準備される。   The scanning electron microscope can measure dimensions using a signal waveform of secondary electrons obtained by scanning an electron beam. Before measuring the dimensions, perform measurement using a member whose dimensions are known in advance and calibrate the actual dimensions with the dimensions obtained by scanning electron microscope measurement to improve the accuracy of subsequent dimension measurements. Can do. Therefore, a sample dedicated to dimensional calibration is usually prepared in the scanning electron microscope.

走査形電子顕微鏡の寸法校正を精度良く行うためには、コントラストが大きい2次電子像を得ることが重要である。2次電子は凹凸段差の境界部分で多量に発生することが知られており、寸法校正用試料には、切り立った側壁をもつ微細な凹凸段差を有する構造体が求められる。また、一般に走査形電子顕微鏡では平面上の縦方向と横方向のそれぞれの寸法を測定する機能を有しており、縦方向と横方向の2軸を校正できる寸法校正用試料が求められる。   In order to perform dimensional calibration of the scanning electron microscope with high accuracy, it is important to obtain a secondary electron image having a large contrast. It is known that a large amount of secondary electrons are generated at the boundary portion of the uneven step, and a dimensional calibration sample is required to have a structure having a fine uneven step having a sharp side wall. In general, a scanning electron microscope has a function of measuring dimensions in the vertical and horizontal directions on a plane, and a dimensional calibration sample capable of calibrating two axes in the vertical and horizontal directions is required.

寸法校正用試料としては、特許文献1のように、上面が(110)面であるシリコン基板をアルカリ系のエッチング液で加工して側壁を(111)面で構成した寸法校正用試料が用いられる。(111)面は(110)面に比べて非常にエッチング速度が遅く、切り立った側壁を形成することが可能であり、なおかつ直線形状パターンの境界線が原子レベルで正確な直線となるためにピッチ寸法測定をどの位置で行っても同一の値となるためである。(110)面の上面と、側壁の(111)面は互いに垂直となる。   As a dimensional calibration sample, a dimensional calibration sample in which a silicon substrate whose upper surface is a (110) plane is processed with an alkaline etching solution and a side wall is a (111) plane is used, as in Patent Document 1. . The (111) plane has a much slower etching rate than the (110) plane, and can form a steep sidewall, and the boundary line of the linear pattern is an accurate straight line at the atomic level. This is because the same value is obtained no matter where the dimension measurement is performed. The upper surface of the (110) plane and the (111) plane of the side wall are perpendicular to each other.

また、特許文献2では、直線形状パターンを同一ピッチで配置した基板を2個製作し、それぞれの長手方向が直交するように試料台に接着することで縦方向と横方向の2方向を校正できるようにしている。   Further, in Patent Document 2, two substrates in which a linear pattern is arranged at the same pitch are manufactured, and the two directions of the vertical direction and the horizontal direction can be calibrated by adhering to the sample stage so that the respective longitudinal directions are orthogonal to each other. I am doing so.

一方、結晶方位に依存しない方法として、シリコン基板をRIE(Reactive Ion
Etching )などによりドライエッチング加工する方法も考えられる。特許文献3では、ドライエッチング加工する材料とは別の材料を底部に配置し、エッチングガスを工夫するなどして上面と鋭角の角度を有する側壁を形成している。また、特許文献4では、紫外光や電子ビームによる露光により、パターンを形成している。
On the other hand, as a method that does not depend on crystal orientation, a silicon substrate is formed by RIE (Reactive Ion
Etching) can also be used for dry etching. In Patent Document 3, a material different from the material to be dry-etched is disposed at the bottom, and a sidewall having an acute angle with the top surface is formed by devising an etching gas. In Patent Document 4, a pattern is formed by exposure with ultraviolet light or an electron beam.

また、非特許文献1では、ダイシングにより(110)面に平行または直行するように溝を切り、異方性エッチングを行うことで、断面がひし形の溝を形成することが記載されている。また、ひし形の面は(111)面で形成されていることが記載されている。   Non-Patent Document 1 describes that a groove having a rhombic cross section is formed by cutting a groove so as to be parallel or perpendicular to the (110) plane by dicing and performing anisotropic etching. Moreover, it is described that the rhombus surface is formed by a (111) plane.

特開2004−251682号公報JP 2004-251682 A 特開2003−222715号公報JP 2003-222715 A 特開2000−200829号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2000-200289 特開2000−340521号公報JP 2000-340521 A 「ダイシングおよび異方性エッチングによるシリコン加工」東京都立産業技術研究所研究報告 第3号(2000)p117"Silicon processing by dicing and anisotropic etching" Tokyo Metropolitan Industrial Technology Research Institute Research Report No. 3 (2000) p117

上記のように、単結晶シリコン基板をアルカリ系のエッチング液で加工すれば直線形状パターンの境界線を原子レベルで正確な直線にすることが可能であるが、上面が(110)面のシリコン基板を加工した場合には同一基板上に直交する直線形状パターンが形成できず、上面が(100)面のシリコン基板を加工した場合には側壁が上面に対して鈍角に傾斜するという問題がある。   As described above, if the single crystal silicon substrate is processed with an alkaline etching solution, the boundary line of the linear pattern can be made an accurate straight line at the atomic level, but the silicon substrate whose upper surface is the (110) plane However, when a silicon substrate having a top surface of (100) is processed, the side walls are inclined at an obtuse angle with respect to the top surface.

また、特許文献2のような方法では、2個の基板を接着するため縦方向と横方向の直交精度が低くなってしまう。   Further, in the method as disclosed in Patent Document 2, since the two substrates are bonded, the orthogonal accuracy between the vertical direction and the horizontal direction is lowered.

さらに、特許文献3,4のような方法では、側壁と底面の境界が丸みをもってしまったり、直線形状パターンの境界線のラフネスが大きく、測定する場所によってピッチ寸法測定値がばらついてしまう欠点がある。   Furthermore, the methods as described in Patent Documents 3 and 4 have a drawback that the boundary between the side wall and the bottom surface is rounded, the roughness of the boundary line of the linear pattern is large, and the pitch dimension measurement value varies depending on the measurement location. .

また、非特許文献1のような手法では、所定の切り込み深さが必要となるが、マイクロスケールのような微細な間隔で均等に試料に切り込みを入れることは、ダイシングによる方法では不可能である。また、マイクロスケールのような微細間隔の構造を作成しようとすれば、テラス構造が形成される前にひし形構造が繋がってしまう。   In addition, the technique as described in Non-Patent Document 1 requires a predetermined depth of cut, but it is impossible to cut into a sample evenly at a fine interval such as a microscale by a dicing method. . In addition, if an attempt is made to create a finely spaced structure such as a microscale, the diamond structure is connected before the terrace structure is formed.

上記課題を解決する方法として、上面が(100)面のシリコン基板をアルカリ系のエッチング液で加工する際、54.7° の傾斜をもつ(111)面を裏面側から加工して逆テーパ構造とし、直線構造を構成する突起構造体の断面積が上面から底部に向かうにつれて小さくなる逆テーパ構造になるようにする。この構造により、凹凸段差境界から得られる2次電子像のコントラストを大きくし、なおかつ縦方向と横方向に直交する直線形状を同一基板上に形成することが可能となる。   As a method for solving the above-mentioned problem, when a silicon substrate having a top surface of (100) is processed with an alkaline etching solution, a (111) surface having an inclination of 54.7 ° is processed from the back surface side to form a reverse taper structure. And a reverse taper structure in which the cross-sectional area of the protruding structure constituting the linear structure decreases from the top surface toward the bottom. With this structure, it is possible to increase the contrast of the secondary electron image obtained from the uneven step boundary and to form a linear shape perpendicular to the vertical and horizontal directions on the same substrate.

以上のような構成によれば、電子線を照射した際に得られる2次電子像のコントラストが大きい直線形状突起物集合を提供することができる。   According to the above configuration, it is possible to provide a set of linear protrusions having a high contrast of the secondary electron image obtained when the electron beam is irradiated.

なお、本発明の他の目的、及び他の具体的な構成,効果については、以下発明の実施の形態の欄で詳細に説明する。   Other objects and other specific configurations and effects of the present invention will be described in detail below in the embodiments of the present invention.

以下、本発明の実施形態の直線形状突起物集合について図面を用いて説明する。   Hereinafter, a linear projection assembly according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明における走査形寸法校正用試料の実施形態を示す上面図、図2は図1のA−A′を拡大した側面断面図である。   FIG. 1 is a top view showing an embodiment of a scanning dimensional calibration sample according to the present invention, and FIG. 2 is an enlarged side cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG.

寸法校正用試料はベースシリコン基板1,シリコン酸化膜層2,エピタキシャルシリコン基板3から構成され、直線形状突起物21が同一ピッチαで複数個配置されている。直線形状突起物は上面11がエピタキシャルシリコン基板3の(100)面、直線形状突起物の底面12がベースシリコン基板1の(100)面となっており、直線形状突起物の側壁13aはエピタキシャルシリコン基板3の(111)面、側壁13bはベースシリコン基板1の(111)面で構成されている。直線形状突起物21の上面11と側壁13aは54.7° の角度を有し、その断面積は上面から底部に向かうにつれて小さくなる逆テーパ構造となっている。一方、底部近傍においても直線形状突起物の底面12と側壁13bは54.7° の角度を有しているが、その方向は側壁13aとは逆の順テーパ構造となっている。エピタキシャルシリコン基板3の厚さaはベースシリコン基板1の加工厚さbよりも大きくしておく。   The sample for dimensional calibration is composed of a base silicon substrate 1, a silicon oxide film layer 2, and an epitaxial silicon substrate 3, and a plurality of linear projections 21 are arranged at the same pitch α. In the linear protrusion, the upper surface 11 is the (100) surface of the epitaxial silicon substrate 3, the bottom surface 12 of the linear protrusion is the (100) surface of the base silicon substrate 1, and the side wall 13a of the linear protrusion is epitaxial silicon. The (111) plane and the side wall 13b of the substrate 3 are constituted by the (111) plane of the base silicon substrate 1. The top surface 11 and the side wall 13a of the linear protrusion 21 have an angle of 54.7 °, and the cross-sectional area has an inverse taper structure that decreases from the top surface toward the bottom. On the other hand, the bottom surface 12 and the side wall 13b of the linear protrusion also have an angle of 54.7 ° in the vicinity of the bottom, but the direction is a forward taper structure opposite to the side wall 13a. The thickness a of the epitaxial silicon substrate 3 is set larger than the processing thickness b of the base silicon substrate 1.

図3は直線形状突起物21を同一ピッチαで複数個配置した集合体22aと22bを同一基板上に配置したものである。本発明においては、縦方向と横方向の結晶軸方向が等価であるため、本実施例のように、直線形状突起物21の長手方向を集合体22aと22bのように直交するように配置することが可能である。   FIG. 3 shows an assembly 22a and 22b in which a plurality of linear protrusions 21 are arranged at the same pitch α and arranged on the same substrate. In the present invention, since the longitudinal and lateral crystal axis directions are equivalent, the longitudinal direction of the linear protrusions 21 is arranged to be orthogonal to each other as in the aggregates 22a and 22b as in this embodiment. It is possible.

さて、ピッチ寸法αは、任意に設計することが可能であるが、半導体素子の寸法から概ね100nm以下である。しかし、測定対象物の寸法は様々なものが考えられるため、寸法校正用試料も様々なピッチ寸法のものを集積化することで、広い寸法範囲で測定精度を高めることが可能となる。図4はピッチ寸法αの直線形状突起物集合体22a及び22b、ピッチ寸法βの直線形状突起物集合体22c及び22d、ピッチ寸法γの直線形状突起物集合体22e及び22fを同一基板上に集積化した例である。本実施例ではピッチ寸法を3種類としているが、もちろんより多くのピッチ寸法を集積化することも可能である。   The pitch dimension α can be arbitrarily designed, but is approximately 100 nm or less from the dimension of the semiconductor element. However, since various dimensions of the measurement object are conceivable, it is possible to improve the measurement accuracy in a wide dimension range by integrating dimensional calibration samples having various pitch dimensions. In FIG. 4, linear protrusion assemblies 22a and 22b having a pitch dimension α, linear protrusion assemblies 22c and 22d having a pitch dimension β, and linear protrusion assemblies 22e and 22f having a pitch dimension γ are integrated on the same substrate. This is an example. In this embodiment, there are three types of pitch dimensions, but it is of course possible to integrate more pitch dimensions.

なお、上面が(100)面の時は、[011]軸或いは

Figure 2008224258
軸を用いて、直線形状突起物を作るが、この軸を<011>と表す。 When the upper surface is the (100) surface, the [011] axis or
Figure 2008224258
A linear protrusion is made using the axis, and this axis is represented as <011>.

次に、図5を用いて本発明の製造工程について説明する。
(a)ベースシリコン基板1上にシリコン酸化膜層2とエピタキシャルシリコン基板3を形成する。この構造は一般的なSOI(Silicon on Insulator)ウエハと同様である。その後、熱酸化により熱酸化膜層4を形成する。
(b)熱酸化膜層4上にホトレジスト5を形成し、EB(Electoron Beam)により直線形状パターンを描画した後、現像を行う。縮小投影露光装置を使用して紫外線による感光,現像を行っても構わないが、ピッチ寸法が100nm以下になると解像度を得ることが難しいためである。
(c)ドライエッチングにより熱酸化膜層4の一部を除去し、次いでホトレジスト5を全面除去する。
(d)例えば水酸化カリウム水溶液などのアルカリ系のエッチング液に浸し、エピタキシャルシリコン基板3をエッチング加工する。この時、直線形状突起物21の側壁13cは、上面11に対して傾斜54.7° を有するテーパ状に形成される。
(e)フッ化水素酸に浸し、シリコン酸化膜層2の一部を除去加工する。この時エピタキシャルシリコン基板3には鋭角突起部17が現れる。このとき、熱酸化膜層4も溶けるが、熱酸化膜層4はシリコン酸化膜層2に比べて厚いため、シリコン酸化膜層2の一部を除去加工しても残っている。
(f)再び水酸化カリウム水溶液などのアルカリ系のエッチング液に浸し、エピタキシャルシリコン基板3及びベースシリコン基板1をエッチング加工する。この時、鋭角突起部17の水酸化カリウム水溶液に対するエッチング速度は非常に早いため、ベースシリコン基板1が僅かに加工された段階で、直線形状突起物21の上面11に対して鋭角の角度を有する側壁13aが形成される。
(g)最後に熱酸化膜層4を除去する。熱酸化膜層4は絶縁膜であり、電子線を照射した際に電荷が溜まってチャージアップが起き、2次電子像が得られにくくなる現象が生じるため除去しているが、チャージアップの影響が無視できるならばこの工程は省略しても構わない。
Next, the manufacturing process of this invention is demonstrated using FIG.
(A) A silicon oxide film layer 2 and an epitaxial silicon substrate 3 are formed on a base silicon substrate 1. This structure is the same as that of a general SOI (Silicon on Insulator) wafer. Thereafter, a thermal oxide film layer 4 is formed by thermal oxidation.
(B) A photoresist 5 is formed on the thermal oxide film layer 4, a linear pattern is drawn by EB (Electoron Beam), and development is performed. Sensitivity and development with ultraviolet rays may be performed using a reduced projection exposure apparatus, but it is difficult to obtain resolution when the pitch dimension is 100 nm or less.
(C) A part of the thermal oxide film layer 4 is removed by dry etching, and then the photoresist 5 is entirely removed.
(D) The epitaxial silicon substrate 3 is etched by immersion in an alkaline etching solution such as an aqueous potassium hydroxide solution. At this time, the side wall 13c of the linear protrusion 21 is formed in a tapered shape having an inclination of 54.7 ° with respect to the upper surface 11.
(E) A part of the silicon oxide film layer 2 is removed and immersed in hydrofluoric acid. At this time, an acute angle protrusion 17 appears on the epitaxial silicon substrate 3. At this time, although the thermal oxide film layer 4 is also melted, the thermal oxide film layer 4 is thicker than the silicon oxide film layer 2 and therefore remains even if a part of the silicon oxide film layer 2 is removed.
(F) The substrate is again immersed in an alkaline etching solution such as an aqueous potassium hydroxide solution, and the epitaxial silicon substrate 3 and the base silicon substrate 1 are etched. At this time, since the etching speed of the acute angle protrusion 17 with respect to the aqueous potassium hydroxide solution is very high, the acute angle protrusion 17 has an acute angle with respect to the upper surface 11 of the linear protrusion 21 when the base silicon substrate 1 is slightly processed. A side wall 13a is formed.
(G) Finally, the thermal oxide film layer 4 is removed. The thermal oxide film layer 4 is an insulating film and is removed because a phenomenon occurs in which charge is accumulated when the electron beam is irradiated and charge-up occurs, making it difficult to obtain a secondary electron image. If this can be ignored, this step may be omitted.

ところで、図5(b)では、直線形状パターンの形成にEB(Electoron Beam)を使用しているが、この方法では寸法校正用試料製作の度に全ての直線形状パターンを描画する必要があり、高コストになってしまう。これを解決する手段として、予め直線形状パターンを形成した金属型を製作して、エピタキシャルシリコン基板上に形成した樹脂に押し付けてパターン転写する方法が考えられる。このような方法はナノインプリント技術と呼ばれ、安価な微細構造転写技術として注目されているものである。   Incidentally, in FIG. 5B, EB (Electoron Beam) is used to form a linear pattern, but in this method, it is necessary to draw all the linear patterns every time a sample for dimensional calibration is manufactured. It becomes expensive. As a means for solving this problem, a method may be considered in which a metal mold in which a linear pattern is formed in advance is manufactured, and the pattern is transferred by pressing against a resin formed on the epitaxial silicon substrate. Such a method is called a nanoimprint technique, and is attracting attention as an inexpensive fine structure transfer technique.

そこで、図6を用いて、ナノインプリント技術を適用した本発明の製造工程を説明する。
(a)単結晶シリコン基板6上にホトレジスト5を形成し、EB(Electoron Beam)により直線形状パターンを描画した後、現像を行う。縮小投影露光装置を使用して紫外線による感光,現像を行っても構わないが、ピッチ寸法が100nm以下になると解像度を得ることが難しいためである。
(b)RIE(Reactive Ion Etching)によりドライエッチング加工する。RIE加工で形成される側壁18と底面19の境界20は丸みを帯びた形状となる。RIE加工終了後、ホトレジスト5を全面除去する。
(c)電気鋳造により、例えばニッケル製の凹型金属型7を製作する。
(d)更に凹型金属型7から凸型金属型8を製作する。
(e)図5(b)同様、熱酸化膜層4上に形成したホトレジスト5に凸型金属型8を押し付ける。この場合は樹脂を感光させる必要が無いため、ホトレジストではなく、他の樹脂を使用しても構わない。凸型金属型8を押し付ける際にはホトレジスト5が軟化する温度まで加熱しておく。必要であれば凸型金属型8も加熱しておく。また、押し付ける際には気泡などが界面に残留しないように周囲雰囲気を真空引きしておく。
(f)凸型金属型8をじゅうぶん押し付けた状態で数秒〜数分間保持し、冷却後凸型金属型8を引き上げる。凸型金属型8に形成された直線形状パターンが転写される。凸型金属型8の引き上げがスムーズに行えるよう、凸型金属型8の上面には例えばシリコーンオイルなどの離型剤を塗布することも行われる。熱酸化膜層4の上にはわずかにホトレジストの残膜9が残る。
(g)ホトレジストの残膜9を例えばドライエッチングにより除去する。この状態で図5(b)の状態となる。
Then, the manufacturing process of this invention to which nanoimprint technology is applied is demonstrated using FIG.
(A) A photoresist 5 is formed on the single crystal silicon substrate 6, a linear pattern is drawn by EB (Electoron Beam), and development is performed. Sensitivity and development with ultraviolet rays may be performed using a reduced projection exposure apparatus, but it is difficult to obtain resolution when the pitch dimension is 100 nm or less.
(B) Dry etching is performed by RIE (Reactive Ion Etching). A boundary 20 between the side wall 18 and the bottom surface 19 formed by RIE processing has a rounded shape. After the RIE process is completed, the photoresist 5 is completely removed.
(C) A concave metal mold 7 made of, for example, nickel is manufactured by electroforming.
(D) Further, the convex metal mold 8 is manufactured from the concave metal mold 7.
(E) As in FIG. 5B, the convex metal mold 8 is pressed against the photoresist 5 formed on the thermal oxide film layer 4. In this case, since it is not necessary to expose the resin, other resin may be used instead of the photoresist. When the convex metal mold 8 is pressed, it is heated to a temperature at which the photoresist 5 is softened. If necessary, the convex metal mold 8 is also heated. Also, when pressing, the surrounding atmosphere is evacuated so that bubbles do not remain at the interface.
(F) Hold the convex metal mold 8 fully pressed for several seconds to several minutes, and pull up the convex metal mold 8 after cooling. The linear pattern formed on the convex metal mold 8 is transferred. For example, a release agent such as silicone oil is applied to the upper surface of the convex metal mold 8 so that the convex metal mold 8 can be pulled up smoothly. A slight photoresist residual film 9 remains on the thermal oxide film layer 4.
(G) The photoresist residual film 9 is removed by, for example, dry etching. In this state, the state shown in FIG.

以降は図5(c)〜(g)と同様の工程を実施すれば良い。   Thereafter, the same steps as in FIGS. 5C to 5G may be performed.

この方法では、一度EB(Electoron Beam)で直線形状パターンを形成して金属型と製作してしまえば、図6(e)〜(g)の工程を繰り返すことで微細な直線形状パターンを効率良く製造することができる。   In this method, once a linear pattern is formed by EB (Electoron Beam) to produce a metal mold, a fine linear pattern can be efficiently formed by repeating the steps of FIGS. 6 (e) to 6 (g). Can be manufactured.

図7は本発明形態の寸法校正用試料に上部から電子線を当てて得られる2次電子の強度を模式的に示したものである。直線形状突起物間の開口部14を上面側から観察した際に直線形状突起物の底面12と側壁13bの境界15は見えず、直線形状突起物の上部境界16から得られる2次電子像のコントラストを大きくすることができ、ピッチ寸法αの信号波形を精度良く捉えることが可能となる。   FIG. 7 schematically shows the intensity of secondary electrons obtained by irradiating an electron beam from above on a sample for dimensional calibration according to the present invention. When the opening 14 between the linear protrusions is observed from the upper surface side, the boundary 15 between the bottom surface 12 and the side wall 13b of the linear protrusion is not visible, and the secondary electron image obtained from the upper boundary 16 of the linear protrusion is not visible. The contrast can be increased, and the signal waveform with the pitch dimension α can be accurately captured.

一方図8は、図6(b)で示したように、直線構造体をドライエッチング加工して得られるシリコン基板に上部から電子線を当てて得られる2次電子の強度を模式的に示したものである。本発明形態の構造を用いない場合、RIE加工側壁18とRIE加工底面19の境界20は丸みを帯びた形状となってしまい、電子線を照射した際に各直線形状突起物境界から得られる2次電子像のコントラストが小さくなってしまう。この場合、ピッチ寸法αの信号波形が精度良く捉えられず、正確な寸法校正を行うことが困難となる。   On the other hand, FIG. 8 schematically shows the intensity of secondary electrons obtained by applying an electron beam from above to a silicon substrate obtained by dry etching a linear structure as shown in FIG. Is. When the structure of the embodiment of the present invention is not used, the boundary 20 between the RIE processing side wall 18 and the RIE processing bottom surface 19 has a rounded shape, and is obtained from each linear protrusion boundary when irradiated with an electron beam. The contrast of the secondary electron image is reduced. In this case, the signal waveform having the pitch dimension α cannot be accurately captured, and it is difficult to perform accurate dimension calibration.

以上のように、本発明形態の構造を用いることで電子線を照射した際に各直線形状突起物境界から得られる2次電子像のコントラストを大きくすることができ、寸法校正を精度良く行うことが可能となる。   As described above, by using the structure of the present invention, the contrast of the secondary electron image obtained from each linear projection boundary when the electron beam is irradiated can be increased, and dimensional calibration can be performed with high accuracy. Is possible.

(構造のメリット)
また、本発明の寸法校正試料は、構造的にも優れている。直線形状突起物間の開口部
14を上面側から観察した際に直線形状突起物21の底面12と側壁13bの境界15は見えなくなる。また、16の逆テーパ構造の突起構造体が、底面12から発生する二次電子の進行を妨げる。これにより、直線形状突起物の上部境界16を大きなコントラストで観察することができる。さらに、直線形状突起物の底部近傍を順テーパ構造にすることで、直線形状突起物に無理な力がかかっても集中応力を低減し、頑強な構造を実現することが可能となる。また、上面側から直線形状突起物を走査型電子顕微鏡で寸法を測定する際には底面12から放出される2次電子がノイズになってしまうが、厚さbだけ底面が下がったことでノイズがより低減される効果もある。
(Advantages of structure)
The dimensional calibration sample of the present invention is also excellent in structure. When the opening 14 between the linear protrusions is observed from the upper surface side, the boundary 15 between the bottom surface 12 and the side wall 13b of the linear protrusion 21 becomes invisible. In addition, the 16 inverted taper structure prevents the secondary electrons from the bottom surface 12 from proceeding. Thereby, the upper boundary 16 of the linear protrusion can be observed with a large contrast. Furthermore, by making the vicinity of the bottom of the linear protrusion a forward tapered structure, it is possible to reduce the concentrated stress even when an excessive force is applied to the linear protrusion and realize a robust structure. Further, when measuring the size of the linear protrusion from the upper surface side with a scanning electron microscope, secondary electrons emitted from the bottom surface 12 become noise, but the noise decreases because the bottom surface is lowered by the thickness b. There is also an effect that is further reduced.

このように製造された寸法校正用試料31は、図9に示すように例えばステンレス製の試料台32に例えばエポキシ系の接着剤33で接着した後、最終的にステージ34の隅に装着する。   As shown in FIG. 9, the dimensional calibration sample 31 manufactured in this way is bonded to, for example, a stainless steel sample stage 32 with, for example, an epoxy-based adhesive 33, and finally attached to the corner of the stage 34.

図10は電子顕微鏡装置に寸法校正用試料31を装着したステージ34を組み込んだ図である。電子顕微鏡装置35では、電子源36から放出された電子線37が集束レンズ
38,対物レンズ39,収差補正用レンズ40などを介して測定対象物41に入射し、そこから放出された2次電子は2次電子検出器42で検出される。寸法校正が必要な場合は、ステージ34を動かして、ステージ34の隅に設置された寸法校正用試料31を観察すれば良い。シリコンウエハの寸法検査に用いられる電子顕微鏡では、測定対象物41がほぼ厚さの一定なシリコンウエハであり、寸法校正用試料31の表面と測定対象物41の表面が同一平面上になるように設計し、電子線の焦点位置を同じにすることで、寸法校正をより正確に反映させることができる。また、ステージ34の移動や2次電子像の画像処理をシステム化することで、寸法校正を自動で行うことも可能となる。
FIG. 10 is a diagram in which a stage 34 on which a dimensional calibration sample 31 is mounted is incorporated in an electron microscope apparatus. In the electron microscope apparatus 35, an electron beam 37 emitted from an electron source 36 enters a measurement object 41 through a focusing lens 38, an objective lens 39, an aberration correction lens 40, and the like, and secondary electrons emitted therefrom. Is detected by the secondary electron detector 42. If dimension calibration is required, the stage 34 may be moved to observe the dimension calibration sample 31 installed at the corner of the stage 34. In an electron microscope used for dimensional inspection of a silicon wafer, the measurement object 41 is a silicon wafer having a substantially constant thickness so that the surface of the dimensional calibration sample 31 and the surface of the measurement object 41 are on the same plane. By designing and making the focal position of the electron beam the same, dimensional calibration can be reflected more accurately. In addition, it is possible to automatically perform dimensional calibration by systematizing the movement of the stage 34 and the image processing of the secondary electron image.

本発明の実施形態を示す上面図である。It is a top view which shows embodiment of this invention. 本発明の実施形態を示す側面断面図である。It is side surface sectional drawing which shows embodiment of this invention. 本発明の実施形態の配置例を示す上面図である。It is a top view which shows the example of arrangement | positioning of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の集積化例を示す上面図である。It is a top view which shows the example of integration of embodiment of this invention. 本発明の製造工程を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing process of this invention. 本発明の第2の製造工程を説明する図である。It is a figure explaining the 2nd manufacturing process of this invention. 本発明の実施形態に電子線を当てて得られる2次電子の強度を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the intensity | strength of the secondary electron obtained by applying an electron beam to embodiment of this invention. 本発明の実施形態による効果を比較説明するための2次電子強度の模式図である。It is a schematic diagram of the secondary electron intensity for comparing and explaining the effect of the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態によって製造した電子顕微鏡調整用試料を電子顕微鏡のステージに組み込んだ図である。It is the figure which incorporated the sample for electron microscope adjustment manufactured by the embodiment of the present invention in the stage of an electron microscope. 本発明の実施形態によって製造した電子顕微鏡調整用試料を電子顕微鏡装置に組み込んだ図である。It is the figure which incorporated the sample for electron microscope adjustment manufactured by the embodiment of the present invention in the electron microscope device.

符号の説明Explanation of symbols

1 ベースシリコン基板
2 シリコン酸化膜層
3 エピタキシャルシリコン基板
4 熱酸化膜層
5 ホトレジスト
6 単結晶シリコン基板
7 凹型金属型
8 凸型金属型
9 ホトレジスト残膜
11 直線形状突起物上面
12 底面
13a,13b,13c 側壁
14 直線形状突起物間の開口部
15 底面と側壁の境界
16 直線形状突起物上部境界
17 鋭角突起部
18 RIE加工側壁
19 RIE加工底面
20 境界
21 直線形状突起物
22a,22b,22c,22d,22e,22f 直線形状突起物集合体
31 寸法校正用試料
32 試料台
33 接着剤
34 ステージ
35 電子顕微鏡装置
36 電子源
37 電子線
38 集束レンズ
39 対物レンズ
40 収差補正用レンズ
41 測定対象物
42 2次電子検出器
a エピタキシャルシリコン基板厚さ
b ベースシリコン基板加工厚さ
α,β,γ 直線形状突起物のピッチ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base silicon substrate 2 Silicon oxide film layer 3 Epitaxial silicon substrate 4 Thermal oxide film layer 5 Photoresist 6 Single crystal silicon substrate 7 Concave metal type 8 Convex metal type 9 Photoresist residual film 11 Linear protrusion upper surface 12 Bottom surface 13a, 13b, 13c Side wall 14 Opening part 15 between linear protrusions Bottom-side wall boundary 16 Straight-shaped protrusion upper boundary 17 Acute protrusion 18 RIE processed side wall 19 RIE processed bottom surface 20 Boundary 21 Linear-shaped protrusions 22a, 22b, 22c, 22d , 22e, 22f Linear projection assembly 31 Dimensional calibration sample 32 Sample stage 33 Adhesive 34 Stage 35 Electron microscope device 36 Electron source 37 Electron beam 38 Focusing lens 39 Objective lens 40 Aberration correction lens 41 Measurement object 42 2 Secondary electron detector a Epitaxial silicon substrate thickness b Base silicon Plate working thickness alpha, beta, pitch γ-linear shape projections

Claims (13)

複数の突起構造体を所定の間隔を置いて所定の方向に配列した寸法校正用試料において、
各突起構造体の上面に平行な断面の、前記配列方向に沿った幅が上面から下方に向かうにつれて細くなることを特徴とした寸法校正用試料。
In the sample for dimensional calibration in which a plurality of protruding structures are arranged in a predetermined direction with a predetermined interval,
A sample for calibrating a dimension, characterized in that the width of the cross section parallel to the upper surface of each protruding structure becomes narrower from the upper surface toward the lower side in the arrangement direction.
複数の突起構造体を所定の間隔を置いて所定の方向に配列した寸法校正用試料において、
各突起構造体は、突起構造体の上面に平行な断面の、前記配列方向に沿った幅が上面から下方に向かうにつれて細くなる上層と、
前記上層の下に存在し、下方に向かうにつれて前記幅が太くなる下層からなることを特徴とした寸法校正用試料。
In the sample for dimensional calibration in which a plurality of protruding structures are arranged in a predetermined direction with a predetermined interval,
Each protrusion structure has a cross section parallel to the upper surface of the protrusion structure, and an upper layer in which the width along the arrangement direction becomes narrower from the upper surface downward,
A sample for dimensional calibration characterized by comprising a lower layer that exists below the upper layer and becomes wider as it goes downward.
請求項1又は2の寸法校正用試料において、各突起構造体の上面に平行な断面の形状は長方形であることを特徴とする寸法校正用試料。   3. The sample for dimensional calibration according to claim 1, wherein a shape of a cross section parallel to the upper surface of each protruding structure is a rectangle. 請求項1又は2の寸法校正用試料において、
当該寸法校正用試料の突起構造体の配列方向が互いに垂直となる少なくとも2つの寸法校正用試料が単結晶シリコン基板上に形成されていることを特徴とする寸法校正用試料。
In the sample for dimensional calibration according to claim 1 or 2,
A dimensional calibration sample, wherein at least two dimensional calibration samples in which the arrangement direction of the protruding structure of the dimensional calibration sample is perpendicular to each other are formed on a single crystal silicon substrate.
請求項1又は2の寸法校正用試料において、突起構造体の上面をシリコン結晶の(100)面と構成し、突起構造体の配列方向が[011]軸或いは
Figure 2008224258
軸となることを特徴とする寸法校正用試料。
3. The sample for dimensional calibration according to claim 1 or 2, wherein the upper surface of the protruding structure is constituted by a (100) plane of silicon crystal, and the arrangement direction of the protruding structure is the [011] axis or
Figure 2008224258
Dimensional calibration sample characterized by being an axis.
請求項4の寸法校正用試料において、各寸法校正用試料における各突起構造体の間隔が異なることを特徴とする寸法校正用試料。   5. The dimension calibration sample according to claim 4, wherein the interval between the protruding structures in each dimension calibration sample is different. 請求項2の寸法校正用試料において、
突起状構造体の下層の前記断面形状の幅は、上層の前記断面形状の幅よりも小さいことを特徴とする寸法校正用試料。
In the sample for dimensional calibration according to claim 2,
The sample for dimensional calibration, wherein a width of the cross-sectional shape of the lower layer of the protruding structure is smaller than a width of the cross-sectional shape of the upper layer.
突起構造体を所定の間隔を置いて複数配列した寸法校正用試料において、各突起構造体は、上層と下層のシリコン基板から構成され、下層のシリコン基板が有する凸部の上部に上層のシリコン基板が存在し、上層のシリコン基板は、上面に平行な断面の、前記配列方向に沿った幅が上面から下方に向かうにつれて細くなることを特徴とする寸法校正用試料。   In a sample for dimensional calibration in which a plurality of protrusion structures are arranged at a predetermined interval, each protrusion structure is composed of an upper layer and a lower layer silicon substrate, and an upper layer silicon substrate is formed on the upper part of the convex portion of the lower layer silicon substrate. And the upper silicon substrate has a cross section parallel to the upper surface, and the width along the arrangement direction becomes narrower from the upper surface to the lower side. 請求項8のシリコン基板において、各突起構造体の下層のシリコン基板の、上面に平行な断面積が、上面より小さいことを特徴とする寸法校正用試料。   9. The sample for dimensional calibration according to claim 8, wherein a cross-sectional area parallel to the upper surface of the silicon substrate under each protrusion structure is smaller than that of the upper surface. 酸化層を介した上層と下層のシリコン基板を有する基板の、上層のシリコン基板の一部をエッチングし、前記エッチングによって上層のシリコンが除去された部分から、前記酸化層の一部を除去し、さらに酸化層の除去された部分から上層及び下層のシリコンの一部を除去する寸法校正試料作成方法。   Etching a part of the upper silicon substrate of the substrate having the upper and lower silicon substrates via the oxide layer, and removing a part of the oxide layer from the part where the upper silicon is removed by the etching, Further, a method for preparing a dimensional calibration sample, wherein a part of the upper layer and the lower layer silicon is removed from the portion where the oxide layer is removed. 荷電粒子源と、
試料を搭載するステージと、
前記荷電粒子源から出射した荷電粒子線を試料上に収束する対物レンズと、
を有する荷電粒子線装置において、
請求項1乃至9のいずれかの寸法校正用試料を配置したことを特徴とする荷電粒子線装置。
A charged particle source;
A stage on which the sample is mounted;
An objective lens for focusing the charged particle beam emitted from the charged particle source on the sample;
In a charged particle beam apparatus having
A charged particle beam apparatus comprising the dimensional calibration sample according to claim 1.
請求項11の荷電粒子線装置において、
前記ステージに試料を搭載したときの試料の表面と、前記寸法校正用試料の上面の高さが同じであることを特徴とする荷電粒子線装置。
The charged particle beam device according to claim 11, wherein
A charged particle beam apparatus characterized in that the surface of the sample when the sample is mounted on the stage and the height of the upper surface of the sample for dimensional calibration are the same.
荷電粒子源と、
試料を搭載するステージと、
前記荷電粒子源から出射した荷電粒子線を試料上に収束する対物レンズと、
前記試料から放出される荷電粒子を検出する荷電粒子検出器と、
を有する荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子検出器の信号に基づいて形成された検出信号強度から得られる長さを請求項1乃至9のいずれか寸法構成試料の基づいて定めることを特徴とする荷電粒子線装置。
A charged particle source;
A stage on which the sample is mounted;
An objective lens for focusing the charged particle beam emitted from the charged particle source on the sample;
A charged particle detector for detecting charged particles emitted from the sample;
In a charged particle beam apparatus having
10. A charged particle beam apparatus according to claim 1, wherein a length obtained from a detection signal intensity formed based on a signal of the charged particle detector is determined based on a sample having a dimension of any one of claims 1 to 9.
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