JP2694115B2 - 較正／測定用基準構造体、その形成方法及びこれを用いた測定方法 - Google Patents
較正／測定用基準構造体、その形成方法及びこれを用いた測定方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、サブナノメートル範囲
におけるプロフィロメトリ（輪郭測定）、特に、AFM/ST
M プロフィロメトリのための較正（キャリブレーショ
ン）／測定用基準構造体、その形成方法、及びこの基準
構造体を用いた測定方法に関する。
におけるプロフィロメトリ（輪郭測定）、特に、AFM/ST
M プロフィロメトリのための較正（キャリブレーショ
ン）／測定用基準構造体、その形成方法、及びこの基準
構造体を用いた測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ナノ計測とは、ナノメートル単位の精度
で測定特徴（measuring feature)を調べ、検証するため
に必要な測定技術を表している。異なるプローブシステ
ム及び異なる測定機器の較正に対しては、較正のための
基準標準、即ち、較正用基準構造体が要求される。
で測定特徴（measuring feature)を調べ、検証するため
に必要な測定技術を表している。異なるプローブシステ
ム及び異なる測定機器の較正に対しては、較正のための
基準標準、即ち、較正用基準構造体が要求される。
【０００３】また、2-D AFM プロフィロメトリは、直径
が一般的に約250 nmで特別形状とされた超微細シリコン
チップを使用する。絶対測定精度は、チップ直径の正確
な知識のみに依存する。この直径は、通常、測定精度が
3%〜5%の高分解能SEM によって決定される。
が一般的に約250 nmで特別形状とされた超微細シリコン
チップを使用する。絶対測定精度は、チップ直径の正確
な知識のみに依存する。この直径は、通常、測定精度が
3%〜5%の高分解能SEM によって決定される。
【０００４】チップ直径が250 nmのとき、測定精度は約
7.5 nmよりも悪くなる。電子顕微鏡内では、その中のガ
スの濃度に応じてチップが多少汚染され、チップの直径
は測定の間、不確定に変化する。測定精度を高めるため
に、チップはゲージによって測定の直前及び直後に寸法
を測定されなければならない。
7.5 nmよりも悪くなる。電子顕微鏡内では、その中のガ
スの濃度に応じてチップが多少汚染され、チップの直径
は測定の間、不確定に変化する。測定精度を高めるため
に、チップはゲージによって測定の直前及び直後に寸法
を測定されなければならない。
【０００５】他の一般的な解決法もまた、単結晶シリコ
ン技術の適用に焦点を置いている。
ン技術の適用に焦点を置いている。
【０００６】均一な厚さの二酸化シリコンフィルムを備
えたシリコンウェハから成る標準基準物質（SRM）は、
カンデラ（G.A.Candela) 他著、「エリプソメトリ（偏
光）及びプロフィルメトリによって較正されるフィルム
の厚さ及び屈折率標準基準物質（Film thickness and r
efractive index Starndard Reference Material calib
rated by ellipsometry and profilometry)」(SPIE Vo
l.661）に記載されている。二酸化シリコンフィルム
は、機械的深さが酸化物の厚みと略等しいスタイラスプ
ロフィロメトリ測定のために使用されるウインドウを含
んでいる。平均約2 nmの厚さでウインドウに形成する天
然酸化物のために、機械的深さは酸化物の厚みと正確に
は同じではない。これは、測定の精度に影響を及ぼす。
えたシリコンウェハから成る標準基準物質（SRM）は、
カンデラ（G.A.Candela) 他著、「エリプソメトリ（偏
光）及びプロフィルメトリによって較正されるフィルム
の厚さ及び屈折率標準基準物質（Film thickness and r
efractive index Starndard Reference Material calib
rated by ellipsometry and profilometry)」(SPIE Vo
l.661）に記載されている。二酸化シリコンフィルム
は、機械的深さが酸化物の厚みと略等しいスタイラスプ
ロフィロメトリ測定のために使用されるウインドウを含
んでいる。平均約2 nmの厚さでウインドウに形成する天
然酸化物のために、機械的深さは酸化物の厚みと正確に
は同じではない。これは、測定の精度に影響を及ぼす。
【０００７】計測では、クンズマン（H.Kunzmann）著、
「PTB におけるナノ計測（Nanometrology at the PT
B）」（1991/92, Vol.28, 443-453頁）において、サブ
ナノメートル範囲での基準スケールは、化学ガス転送に
よってエピタキシャルに成長される単結晶シリコンから
導出される。この単結晶の表面が１つの格子面内で平面
である確率は高く、ナノ計測用のプローブシステムを較
正するために格子面間隔の小さな整数倍であるステップ
を用いることが提案されている。これらのステップは、
エピタキシャル処理の結果であり、エピタキシャル成長
の技術が良好に定められた計測制御下にあるときのみ、
ステップ高さゲージを製造するために用いられる。この
解決法はサブナノメートル範囲の精度を実現するが、1-
D 変位計測にしか適用されない。
「PTB におけるナノ計測（Nanometrology at the PT
B）」（1991/92, Vol.28, 443-453頁）において、サブ
ナノメートル範囲での基準スケールは、化学ガス転送に
よってエピタキシャルに成長される単結晶シリコンから
導出される。この単結晶の表面が１つの格子面内で平面
である確率は高く、ナノ計測用のプローブシステムを較
正するために格子面間隔の小さな整数倍であるステップ
を用いることが提案されている。これらのステップは、
エピタキシャル処理の結果であり、エピタキシャル成長
の技術が良好に定められた計測制御下にあるときのみ、
ステップ高さゲージを製造するために用いられる。この
解決法はサブナノメートル範囲の精度を実現するが、1-
D 変位計測にしか適用されない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、1 nm及びそれより優れた範囲の精度を持った 2-D
（２次元）プロフィロメトリ及び3-D （３次元）プロフ
ィロメトリのための較正／測定用基準構造体、その形成
方法、及びこの基準構造体を用いた測定方法を提供する
ことである。
は、1 nm及びそれより優れた範囲の精度を持った 2-D
（２次元）プロフィロメトリ及び3-D （３次元）プロフ
ィロメトリのための較正／測定用基準構造体、その形成
方法、及びこの基準構造体を用いた測定方法を提供する
ことである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、プロフィロメ
トリのための微細測定チップを有する測定装置の較正及
び前記測定チップの寸法の測定に使用可能な較正／測定
用基準構造体を提供する。本発明の較正／測定用基準構
造体は、主表面を有する単結晶物資の支持構造体（１）
と、前記支持構造体に形成された第１及び第２の異なる
種類の構造体の対（２、３）とからなる。前記第１の構
造体（２）は、前記主表面から所定の高さに突出し且つ
前記主表面に対して実質的に垂直な対向側壁によって定
まる所定の幅を有する絶縁層のラインからなり、前記第
２の構造体（３）は、前記主表面から所定の深さに前記
支持構造体に形成され且つ前記主表面に対して実質的に
垂直な対向側壁によって定まる、前記所定の幅と同じ幅
のトレンチからなる。
トリのための微細測定チップを有する測定装置の較正及
び前記測定チップの寸法の測定に使用可能な較正／測定
用基準構造体を提供する。本発明の較正／測定用基準構
造体は、主表面を有する単結晶物資の支持構造体（１）
と、前記支持構造体に形成された第１及び第２の異なる
種類の構造体の対（２、３）とからなる。前記第１の構
造体（２）は、前記主表面から所定の高さに突出し且つ
前記主表面に対して実質的に垂直な対向側壁によって定
まる所定の幅を有する絶縁層のラインからなり、前記第
２の構造体（３）は、前記主表面から所定の深さに前記
支持構造体に形成され且つ前記主表面に対して実質的に
垂直な対向側壁によって定まる、前記所定の幅と同じ幅
のトレンチからなる。
【００１０】前記基準構造体は、前記構造体の対を複数
個含むことができ、この場合、少なくとも１つの対の前
記絶縁層のライン及び前記トレンチは他の少なくとも１
つの対の前記絶縁層のライン及び前記トレンチの幅と異
なる幅を有する。前記単結晶物質はシリコンからなり、
前記絶縁層のライン（２）は二酸化シリコン及び窒化シ
リコンから選択された物質からなる。
個含むことができ、この場合、少なくとも１つの対の前
記絶縁層のライン及び前記トレンチは他の少なくとも１
つの対の前記絶縁層のライン及び前記トレンチの幅と異
なる幅を有する。前記単結晶物質はシリコンからなり、
前記絶縁層のライン（２）は二酸化シリコン及び窒化シ
リコンから選択された物質からなる。
【００１１】また、本発明は、較正／測定用基準構造体
を形成するための２つの方法を提供する。第１の方法
は、同じ結晶方向を有する同じ単結晶物質からなる研磨
された第１ウェハ（８）及び第２ウェハ（９）を準備す
るステップと、前記第１ウェハ（８）の研磨された表面
（１１）上に所定の厚さの絶縁層（１０）を形成するス
テップと、前記絶縁層（１０）が前記第２ウェハ（９）
の研磨された表面（１２）と対面するように、前記第２
ウェハ（９）を前記第１ウェハ（８）に接合するステッ
プと、接合された構造体を前記研磨された表面（１２）
に垂直に切断するステップと、前記切断の表面を研磨す
るステップと、前記第１ウェハ及び前記第２ウェハを前
記切断の表面に垂直な方向に所定の深さまでエッチング
して、前記絶縁層（１０）を露出させるステップと、露
出した前記絶縁層の所定の一部をマスクするステップ
と、マスクされていない部分の前記絶縁層を前記切断の
表面に垂直な方向に所定の深さまでエッチングし、前記
第１ウェハと前記第２ウェハとの間の領域に前記絶縁層
の厚さと同じ幅を有するトレンチを形成するステップと
を含む。好ましくは、前記単結晶物質はシリコンからな
り、前記絶縁層を形成するステップは、前記第１ウェハ
（８）を熱的に酸化するステップからなる。
を形成するための２つの方法を提供する。第１の方法
は、同じ結晶方向を有する同じ単結晶物質からなる研磨
された第１ウェハ（８）及び第２ウェハ（９）を準備す
るステップと、前記第１ウェハ（８）の研磨された表面
（１１）上に所定の厚さの絶縁層（１０）を形成するス
テップと、前記絶縁層（１０）が前記第２ウェハ（９）
の研磨された表面（１２）と対面するように、前記第２
ウェハ（９）を前記第１ウェハ（８）に接合するステッ
プと、接合された構造体を前記研磨された表面（１２）
に垂直に切断するステップと、前記切断の表面を研磨す
るステップと、前記第１ウェハ及び前記第２ウェハを前
記切断の表面に垂直な方向に所定の深さまでエッチング
して、前記絶縁層（１０）を露出させるステップと、露
出した前記絶縁層の所定の一部をマスクするステップ
と、マスクされていない部分の前記絶縁層を前記切断の
表面に垂直な方向に所定の深さまでエッチングし、前記
第１ウェハと前記第２ウェハとの間の領域に前記絶縁層
の厚さと同じ幅を有するトレンチを形成するステップと
を含む。好ましくは、前記単結晶物質はシリコンからな
り、前記絶縁層を形成するステップは、前記第１ウェハ
（８）を熱的に酸化するステップからなる。
【００１２】第２の方法は、単結晶物質のウェハ（７）
を準備するステップと、前記ウェハ（７）の表面に、異
なる幅の複数のトレンチ（１４）をエッチングするステ
ップと、前記単結晶物質と比べて高いエッチング選択率
を示す物質（１６）で前記トレンチ（１４）を充填する
ステップと、前記単結晶物質を前記トレンチの深さより
も浅い所定の深さまで前記トレンチ充填物質（１６）に
対して選択的にエッチングして、前記トレンチ充填物質
（１６）を露出させるステップと、露出した前記トレン
チ充填物質の所定の一部をマスクするステップと、マス
クされていない部分の前記トレンチ充填物質を前記トレ
ンチの深さ方向に所定の深さまでエッチングし、前記ウ
ェハに前記トレンチ充填物質の厚さと同じ幅を有するト
レンチを形成するステップとを含む。好ましくは、前記
単結晶物質がシリコンからなり、前記トレンチ充填物質
が二酸化シリコンからなる。
を準備するステップと、前記ウェハ（７）の表面に、異
なる幅の複数のトレンチ（１４）をエッチングするステ
ップと、前記単結晶物質と比べて高いエッチング選択率
を示す物質（１６）で前記トレンチ（１４）を充填する
ステップと、前記単結晶物質を前記トレンチの深さより
も浅い所定の深さまで前記トレンチ充填物質（１６）に
対して選択的にエッチングして、前記トレンチ充填物質
（１６）を露出させるステップと、露出した前記トレン
チ充填物質の所定の一部をマスクするステップと、マス
クされていない部分の前記トレンチ充填物質を前記トレ
ンチの深さ方向に所定の深さまでエッチングし、前記ウ
ェハに前記トレンチ充填物質の厚さと同じ幅を有するト
レンチを形成するステップとを含む。好ましくは、前記
単結晶物質がシリコンからなり、前記トレンチ充填物質
が二酸化シリコンからなる。
【００１３】本発明は、もう１つの局面に従い、微細測
定チップの寸法を測定する方法を提供する。この測定方
法は、請求項１に従った基準構造体を準備するステップ
と、軸部と前記軸部の下端に設けられたすそ広がり形状
の先端部とを備えた、プロフィロメトリのための微細測
定チップ（１７）を有する測定装置を用い、前記先端部
を記基準構造体の前記絶縁層のラインの一方の側壁、前
記絶縁層のラインの上面及び前記絶縁層のラインの他方
の側壁を含む経路に沿って移動させて前記絶縁層のライ
ンをプロファイルすることにより、前記絶縁層のライン
に関する幅ｂ１（図４のＢ）を測定するステップと、前
記微細測定チップの前記先端部を前記基準構造体の前記
トレンチの一方の側壁、前記トレンチの底面及び前記ト
レンチの他方の側壁を含む経路に沿って移動させて前記
トレンチをプロファイルすることにより、前記トレンチ
に関する幅ｂ２（図４のＡ）を測定するステップと、前
記測定された幅ｂ１から前記測定された幅ｂ２を減算
し、結果の値を２等分することによって前記微細測定チ
ップ（１７）の前記先端部の直径を計算するステップと
を含む。
定チップの寸法を測定する方法を提供する。この測定方
法は、請求項１に従った基準構造体を準備するステップ
と、軸部と前記軸部の下端に設けられたすそ広がり形状
の先端部とを備えた、プロフィロメトリのための微細測
定チップ（１７）を有する測定装置を用い、前記先端部
を記基準構造体の前記絶縁層のラインの一方の側壁、前
記絶縁層のラインの上面及び前記絶縁層のラインの他方
の側壁を含む経路に沿って移動させて前記絶縁層のライ
ンをプロファイルすることにより、前記絶縁層のライン
に関する幅ｂ１（図４のＢ）を測定するステップと、前
記微細測定チップの前記先端部を前記基準構造体の前記
トレンチの一方の側壁、前記トレンチの底面及び前記ト
レンチの他方の側壁を含む経路に沿って移動させて前記
トレンチをプロファイルすることにより、前記トレンチ
に関する幅ｂ２（図４のＡ）を測定するステップと、前
記測定された幅ｂ１から前記測定された幅ｂ２を減算
し、結果の値を２等分することによって前記微細測定チ
ップ（１７）の前記先端部の直径を計算するステップと
を含む。
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【実施例】図１（Ａ）は、支持構造体１及び一対の異な
る種類の構造体２、３からなる、本発明による較正／測
定用基準構造体の基本構造を示している。
る種類の構造体２、３からなる、本発明による較正／測
定用基準構造体の基本構造を示している。
【００２３】第１の種類の構造体は隆起したライン２で
あり、第２の種類の構造体はトレンチ３である。双方の
構造体、即ち、隆起したライン２及びトレンチ３の幅は
全く同じである。
あり、第２の種類の構造体はトレンチ３である。双方の
構造体、即ち、隆起したライン２及びトレンチ３の幅は
全く同じである。
【００２４】この基本構造体は較正／測定の基準として
用いられるから、これらの構造体２、３の幅は測定され
るべき形状の幅寸法及び垂直寸法に対して比較可能でな
ければならない。これは、較正ステップ並びに測定ステ
ップが同じ動作領域内で行なうことができるという利点
がある。
用いられるから、これらの構造体２、３の幅は測定され
るべき形状の幅寸法及び垂直寸法に対して比較可能でな
ければならない。これは、較正ステップ並びに測定ステ
ップが同じ動作領域内で行なうことができるという利点
がある。
【００２５】今日において、測定される最も小さい幅寸
法は、半導体チップの最も小さいライン幅であり、一般
的に、500 nm (16M ビットチップの場合) 又は350 nm
(64Mビットチップの場合) の範囲内にある。一般的な垂
直寸法は、およそ2000 nm よりも小さい。
法は、半導体チップの最も小さいライン幅であり、一般
的に、500 nm (16M ビットチップの場合) 又は350 nm
(64Mビットチップの場合) の範囲内にある。一般的な垂
直寸法は、およそ2000 nm よりも小さい。
【００２６】従って、トレンチ及び隆起したラインの幅
寸法、並びに垂直寸法は、およそ500 nmの範囲内にある
のが好ましい。
寸法、並びに垂直寸法は、およそ500 nmの範囲内にある
のが好ましい。
【００２７】好ましい実施例において、基本構造体、即
ち、同じ幅を持つ異なる種類の構造体２、３の対４を備
えた基本構造体の複数のグループ６が、図１（Ｂ）に示
されるように提供されている。各グループ６は、異なる
ライン幅を有する。基本構造体のグループはアレイを形
成し、基本構造体のいくつかのアレイは、好ましくはシ
リコン物質から成る基板７の上に配置することができ
る。
ち、同じ幅を持つ異なる種類の構造体２、３の対４を備
えた基本構造体の複数のグループ６が、図１（Ｂ）に示
されるように提供されている。各グループ６は、異なる
ライン幅を有する。基本構造体のグループはアレイを形
成し、基本構造体のいくつかのアレイは、好ましくはシ
リコン物質から成る基板７の上に配置することができ
る。
【００２８】図１（Ｃ）に示される実施例では、異なる
ライン幅を備える基本構造体のグループは、シリコンウ
ェハ上の数平方ミリメートルの比較的小さい領域、典型
的には約１cm2 のダイ上に配置される。異なるチップを
測定する、もしくは、圧電アクチュエータを較正する際
には、異なるライン幅を示す構造体２、３を備えた較正
基準を持つことが必要とされるために、この配置は極め
て重要である。
ライン幅を備える基本構造体のグループは、シリコンウ
ェハ上の数平方ミリメートルの比較的小さい領域、典型
的には約１cm2 のダイ上に配置される。異なるチップを
測定する、もしくは、圧電アクチュエータを較正する際
には、異なるライン幅を示す構造体２、３を備えた較正
基準を持つことが必要とされるために、この配置は極め
て重要である。
【００２９】上記の較正／測定用基準構造体を形成する
ための１方法は、図２に示されるような２つの研磨され
たウェハを提供することによって開始される。これらウ
ェハは、研磨された表面１１、１２の微小粗さが1 nmよ
り良好な同じ単結晶物質である。物質はシリコンが好ま
しい。ウェハ８、９の双方は同一の結晶方向を有する。
以下に記載されるような方法では、ウェハの表面１１、
１２は(110)-表面である。第１ウェハ８の研磨された表
面１１上において、酸化物１０は、酸化物の厚さが後に
形成される隆起したライン２及びトレンチ３の幅に対応
する厚さに達するまで、ウェハ８を熱酸化させることに
よって成長される。従って、酸化物１０の層の厚さはお
よそ500 nmの範囲内にある。次のステップにおいて、第
２ウェハ９が第１ウェハ８上で成長される酸化物層１０
に接合される。この接合は、双方のウェハ８、９の研磨
された表面１１、１２が互いに対向するように行われ
る。
ための１方法は、図２に示されるような２つの研磨され
たウェハを提供することによって開始される。これらウ
ェハは、研磨された表面１１、１２の微小粗さが1 nmよ
り良好な同じ単結晶物質である。物質はシリコンが好ま
しい。ウェハ８、９の双方は同一の結晶方向を有する。
以下に記載されるような方法では、ウェハの表面１１、
１２は(110)-表面である。第１ウェハ８の研磨された表
面１１上において、酸化物１０は、酸化物の厚さが後に
形成される隆起したライン２及びトレンチ３の幅に対応
する厚さに達するまで、ウェハ８を熱酸化させることに
よって成長される。従って、酸化物１０の層の厚さはお
よそ500 nmの範囲内にある。次のステップにおいて、第
２ウェハ９が第１ウェハ８上で成長される酸化物層１０
に接合される。この接合は、双方のウェハ８、９の研磨
された表面１１、１２が互いに対向するように行われ
る。
【００３０】以下のステップ、特に基準構造体の構造体
２、３が形成されるときには、この接合の詳細は、研磨
された表面１１、１２がトレンチ３の壁を形成するため
に重要になる。接合ステップは、一般的に２つのウェハ
８、９の溶融接合又は陽極接合であり、インタフェース
（界面）１２において２つのウェハ８、９の間に化学的
相互接続を行う。
２、３が形成されるときには、この接合の詳細は、研磨
された表面１１、１２がトレンチ３の壁を形成するため
に重要になる。接合ステップは、一般的に２つのウェハ
８、９の溶融接合又は陽極接合であり、インタフェース
（界面）１２において２つのウェハ８、９の間に化学的
相互接続を行う。
【００３１】こうして達成される接合されたサンドイッ
チ構造体は、のこ引きステップによって、接合されたウ
ェハ８、９の研磨された表面１１、１２に対して直角に
切断される。切断の表面１３は公知の方法で研磨及び清
浄にされる。
チ構造体は、のこ引きステップによって、接合されたウ
ェハ８、９の研磨された表面１１、１２に対して直角に
切断される。切断の表面１３は公知の方法で研磨及び清
浄にされる。
【００３２】サンドイッチ構造体の切断は、インタフェ
ース１２にしばしば不所望の小さな亀裂を生むために適
切ではない。
ース１２にしばしば不所望の小さな亀裂を生むために適
切ではない。
【００３３】本発明の好ましい実施例において、切断の
表面１３は、(110)-表面を備えたウェハ８、９を用いる
ために(111)-表面である。
表面１３は、(110)-表面を備えたウェハ８、９を用いる
ために(111)-表面である。
【００３４】この切断ステップは、本方法の利点を明確
に示している。ウェハ８、９の研磨された表面１１、１
２の間に二酸化シリコン層１０を埋め込むことによっ
て、研磨の間に二酸化シリコン層１０が破損されるのが
避けられる。ウェハ９を接合する代わりに二酸化シリコ
ン層１０上に薄膜を付着すると、切断の表面１３が研磨
されるときに二酸化シリコン層１０の薄膜に破損が起こ
る。
に示している。ウェハ８、９の研磨された表面１１、１
２の間に二酸化シリコン層１０を埋め込むことによっ
て、研磨の間に二酸化シリコン層１０が破損されるのが
避けられる。ウェハ９を接合する代わりに二酸化シリコ
ン層１０上に薄膜を付着すると、切断の表面１３が研磨
されるときに二酸化シリコン層１０の薄膜に破損が起こ
る。
【００３５】次のステップとして、二酸化シリコン層１
０を埋め込んでいるウェハ物質が、約500 nmの画定され
た深さへと選択的にエッチングされる。形成される隆起
したライン２の側壁の汚染を防ぎ、好ましくはシリコン
から成るウェハ物質と二酸化シリコンから成る酸化物層
１０との間で最高1000:1の高い選択率を得るために、プ
ラズマエッチングの代わりに異方性湿潤（ウエット) エ
ッチングが選ばれる。等方性湿潤エッチング溶液では、
通常、約ファクタ10の悪い選択率を示す。
０を埋め込んでいるウェハ物質が、約500 nmの画定され
た深さへと選択的にエッチングされる。形成される隆起
したライン２の側壁の汚染を防ぎ、好ましくはシリコン
から成るウェハ物質と二酸化シリコンから成る酸化物層
１０との間で最高1000:1の高い選択率を得るために、プ
ラズマエッチングの代わりに異方性湿潤（ウエット) エ
ッチングが選ばれる。等方性湿潤エッチング溶液では、
通常、約ファクタ10の悪い選択率を示す。
【００３６】水酸化セシウム異方性湿潤エッチング溶液
によって、約800:1 の選択率が期待される。所望の選択
率である1000:1でエッチングされるが、隆起したライン
２の上部エッジはおよそ0.5 nm収縮する。しかしなが
ら、この結果は再生可能であり、形状を測定するための
較正標準の使用に影響を及ぼさない。
によって、約800:1 の選択率が期待される。所望の選択
率である1000:1でエッチングされるが、隆起したライン
２の上部エッジはおよそ0.5 nm収縮する。しかしなが
ら、この結果は再生可能であり、形状を測定するための
較正標準の使用に影響を及ぼさない。
【００３７】このとき、基準構造体は、全長にわたって
隆起した二酸化シリコンライン２を示す。
隆起した二酸化シリコンライン２を示す。
【００３８】次に、隆起したライン２の一部が、例え
ば、窒化シリコンから成るエッチング保護層によってマ
スクされる。マスクされない領域では、酸化物層１０は
湿潤エッチング溶液で約500 nmの画定された深さへとエ
ッチングされる。適切なエッチング溶液はBHF(緩衝フッ
化水素酸) であり、二酸化シリコン層１０及びこれを埋
め込んでいるウェハ８、９のシリコンの間で極めて高い
エッチング選択率を示す。
ば、窒化シリコンから成るエッチング保護層によってマ
スクされる。マスクされない領域では、酸化物層１０は
湿潤エッチング溶液で約500 nmの画定された深さへとエ
ッチングされる。適切なエッチング溶液はBHF(緩衝フッ
化水素酸) であり、二酸化シリコン層１０及びこれを埋
め込んでいるウェハ８、９のシリコンの間で極めて高い
エッチング選択率を示す。
【００３９】このようにして生成されるトレンチ３は、
理想的に平面（プレーナ）で、1 nmより良好な微小粗さ
を備えた平行平面である側壁を有する。
理想的に平面（プレーナ）で、1 nmより良好な微小粗さ
を備えた平行平面である側壁を有する。
【００４０】エッチングを施した後、トレンチ天然酸化
物がトレンチのシリコン側壁上に成長して、トレンチを
およそ1 nm狭くする。この狭まりはトレンチの全長に沿
って一定であり、かつ再生可能であるため、この基準構
造体を用いた形状の測定を妨げることはない。
物がトレンチのシリコン側壁上に成長して、トレンチを
およそ1 nm狭くする。この狭まりはトレンチの全長に沿
って一定であり、かつ再生可能であるため、この基準構
造体を用いた形状の測定を妨げることはない。
【００４１】基準構造体を形成するもう１つの可能性
が、図３（Ａ）乃至図３（Ｅ）の異なる処理ステップに
よって示されている。
が、図３（Ａ）乃至図３（Ｅ）の異なる処理ステップに
よって示されている。
【００４２】基材は、(110) 方向の表面を備えた単結晶
物質、好ましくはシリコン、からなる片側が研磨された
ウェハ（図１のウェハ７に相当する）である。図３
（Ａ）において、二酸化シリコンの層１５がウェハ上に
付着され、パターンがフォトレジストに露光され、乾燥
エッチング又は湿潤エッチングによって二酸化シリコン
層１５へと転写される。パターンのエッジは、ウェハの
(111) 平面に平行して極めて正確に整合されなければな
らない。パターンは、好ましくはKOH によってウェハの
表面へと異方的にエッチングされる。パターンは、異な
る幅を備えたトレンチのパターンからなり、トレンチが
いくつかのグループ及びアレイに配列される。
物質、好ましくはシリコン、からなる片側が研磨された
ウェハ（図１のウェハ７に相当する）である。図３
（Ａ）において、二酸化シリコンの層１５がウェハ上に
付着され、パターンがフォトレジストに露光され、乾燥
エッチング又は湿潤エッチングによって二酸化シリコン
層１５へと転写される。パターンのエッジは、ウェハの
(111) 平面に平行して極めて正確に整合されなければな
らない。パターンは、好ましくはKOH によってウェハの
表面へと異方的にエッチングされる。パターンは、異な
る幅を備えたトレンチのパターンからなり、トレンチが
いくつかのグループ及びアレイに配列される。
【００４３】このように生成されたトレンチ１４は、２
つの(111) 平面によって閉じ込められ、この(111) 平面
の内の２つは平行で、ウェハの表面に対して垂直であ
る。
つの(111) 平面によって閉じ込められ、この(111) 平面
の内の２つは平行で、ウェハの表面に対して垂直であ
る。
【００４４】残留する二酸化シリコンマスクを除去した
後、トレンチ１４は、単結晶物質と比べて極めて高いエ
ッチング選択率を示す物質１６によって充填される。使
用可能な物質は、熱成長又は化学気相付着の二酸化シリ
コン及び窒化シリコンである。
後、トレンチ１４は、単結晶物質と比べて極めて高いエ
ッチング選択率を示す物質１６によって充填される。使
用可能な物質は、熱成長又は化学気相付着の二酸化シリ
コン及び窒化シリコンである。
【００４５】次に、図３（Ｃ）に見られるような元のウ
ェハ表面へと、ウェハの上にある物質１５がエッチン
グ、研磨、或いは、化学的及び機械的に研磨される。
ェハ表面へと、ウェハの上にある物質１５がエッチン
グ、研磨、或いは、化学的及び機械的に研磨される。
【００４６】次に、単結晶ウェハ物質は、トレンチ充填
物質１６に対して、図３（Ｄ）に見られるような画定さ
れた深さまで選択的にエッチングされる。マスキング処
理は、マスキング物質によって矩形構造体の各列の半分
を保護するために用いられる。他の保護されていない半
分では、トレンチ充填物質１６は、単結晶物質に対して
画定された深さまで選択的にエッチングされて、図３
（Ｅ）に見られるようなトレンチ３を生成する。
物質１６に対して、図３（Ｄ）に見られるような画定さ
れた深さまで選択的にエッチングされる。マスキング処
理は、マスキング物質によって矩形構造体の各列の半分
を保護するために用いられる。他の保護されていない半
分では、トレンチ充填物質１６は、単結晶物質に対して
画定された深さまで選択的にエッチングされて、図３
（Ｅ）に見られるようなトレンチ３を生成する。
【００４７】マスキング物質は選択的に除去され、ウェ
ハはダイへとダイシング（切断）される。各ダイは図１
（Ｂ）及び図１（Ｃ）に示されるような多数の異なる幅
の基本構造体を含んでいる。
ハはダイへとダイシング（切断）される。各ダイは図１
（Ｂ）及び図１（Ｃ）に示されるような多数の異なる幅
の基本構造体を含んでいる。
【００４８】図４（Ａ）及び図４（Ｂ）には、基準構造
体を用いて超微細シリコンチップ１７のようなサブナノ
メートル範囲における形状を測定する好ましい方法が示
されている。
体を用いて超微細シリコンチップ１７のようなサブナノ
メートル範囲における形状を測定する好ましい方法が示
されている。
【００４９】超微細チップ１７の下端部の直径を決定す
るためには２つの測定しか行われない。第１に、トレン
チ３の幅が、チップ１７を用いて、図２の破線１９に示
されるような経路に沿ってトレンチ３をプロファイルす
ることによって測定され、値ｂ２が提供される。
るためには２つの測定しか行われない。第１に、トレン
チ３の幅が、チップ１７を用いて、図２の破線１９に示
されるような経路に沿ってトレンチ３をプロファイルす
ることによって測定され、値ｂ２が提供される。
【００５０】第２に、同じ対の構造体２、３の内の隆起
したライン２の幅が、同じチップ１７を用いて、図２の
破線１８に示されるような経路に沿って隆起したライン
２をプロファイルすることによって測定され、値ｂ１が
提供される。
したライン２の幅が、同じチップ１７を用いて、図２の
破線１８に示されるような経路に沿って隆起したライン
２をプロファイルすることによって測定され、値ｂ１が
提供される。
【００５１】チップ１７の正確な直径を計算するため
に、以下の数式に従って、測定された値ｂ１からｂ２が
減算され、結果の値が二等分される。
に、以下の数式に従って、測定された値ｂ１からｂ２が
減算され、結果の値が二等分される。
【００５２】
【００５３】ここで、ｔはチップ１７の軸部の下端に設
けられたすそ広がり形状の先端部の直径である。
けられたすそ広がり形状の先端部の直径である。
【００５４】次に、隆起したライン２及びトレンチ３の
幅寸法ｄが以下のように与えられる。
幅寸法ｄが以下のように与えられる。
【００５５】
【００５６】これは、基準構造体の構造体２、３の対４
の正確な寸法の知識が、測定される超微細チップ１７の
ような形状の直径を決定する上で必要とされないことを
示している。構造体２、３、即ち、隆起したライン及び
トレンチ、の双方が全く同じ幅であり、測定の精度を保
証するために、必要とされる２つの測定が同じ構造体対
の異なる構造体で行われることは非常に重要である。
の正確な寸法の知識が、測定される超微細チップ１７の
ような形状の直径を決定する上で必要とされないことを
示している。構造体２、３、即ち、隆起したライン及び
トレンチ、の双方が全く同じ幅であり、測定の精度を保
証するために、必要とされる２つの測定が同じ構造体対
の異なる構造体で行われることは非常に重要である。
【００５７】測定の精度は、幅寸法の相違、側壁の平行
性、及び２つの異なる種類の構造体２、３の間にある側
壁の微小粗さに強く依存する。
性、及び２つの異なる種類の構造体２、３の間にある側
壁の微小粗さに強く依存する。
【００５８】従って、与えられるパラメータの品質に合
うことを確かめるために、最適化された生成プロセスを
見つけるのは重要である。適切な生成方法とは上記の方
法である。
うことを確かめるために、最適化された生成プロセスを
見つけるのは重要である。適切な生成方法とは上記の方
法である。
【００５９】微小チップ及び基準構造体によって行われ
る測定のいくつかの結果が図５に示されており、この測
定技術の精度を証明している。図５は、716 nm幅のトレ
ンチにおける反復可能性の測定を示している。
る測定のいくつかの結果が図５に示されており、この測
定技術の精度を証明している。図５は、716 nm幅のトレ
ンチにおける反復可能性の測定を示している。
【００６０】これらの測定は、約1 nmの反復可能性を示
す。
す。
【００６１】
【発明の効果】本発明によれば、1 nm及びそれより優れ
た範囲の精度を持った2-D プロフィロメトリ及び3-D プ
ロフィロメトリのための較正／測定用基準構造体が得ら
れる。を提供する。
た範囲の精度を持った2-D プロフィロメトリ及び3-D プ
ロフィロメトリのための較正／測定用基準構造体が得ら
れる。を提供する。
【図１】一対の異なる種類の構造体を備えた基準構造体
の基本構造と、対のアレイと、ウェハ上のダイのアレイ
とをそれぞれ示す。
の基本構造と、対のアレイと、ウェハ上のダイのアレイ
とをそれぞれ示す。
【図２】一対の異なる種類の構造体を備えた本発明によ
る較正／測定用基準構造体及び測定されるプロファイル
・ラインを示す。
る較正／測定用基準構造体及び測定されるプロファイル
・ラインを示す。
【図３】基準構造体を形成する好ましい方法の処理ステ
ップの概略を示す。
ップの概略を示す。
【図４】基準構造体を用いて超微細シリコンチップのよ
うな形状を測定する好ましい方法を示す。
うな形状を測定する好ましい方法を示す。
【図５】超微細チップ及び基準構造体によって行われる
測定の幾つかの結果を示す。
測定の幾つかの結果を示す。
１ 支持構造体 ２ 隆起した絶縁層のライン ３ トレンチ ８、９ ウェハ １０ 酸化物層 １１、１２ 研磨された表面 １７ 微細測定チップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/306 Ｈ０１Ｌ 21/306 Ｂ (72)発明者 トーマス バイエル ドイツ連邦共和国、71063 ジンテルフ ィンゲン、ヒンテルヴァイレル ストラ ーセ 45 (72)発明者 ヨハン グレスクネル ドイツ連邦共和国、72124 プリーズハ ウゼン、ティールガルテンヴェク 14 (72)発明者 マルティン ノネンマケル ドイツ連邦共和国、7036 ショーエンア イク、ボエブリンゲル ストラーセ 24 (72)発明者 ヘルガ ヴァイス ドイツ連邦共和国、71032 ボエブリン ゲン、ヴェーランドストラーセ ７ (56)参考文献 特開 平４−289411（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−301501（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−368767（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−58753（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−34513（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−196559（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−122514（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−155156（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−273101（ＪＰ，Ａ)
Claims (8)
- 【請求項１】 プロフィロメトリのための微細測定チッ
プを有する測定装置の較正及び前記測定チップの寸法の
測定に使用可能な較正／測定用基準構造体であって、 主表面を有する単結晶物質の支持構造体（１）と、前記
支持構造体に形成された第１及び第２の異なる種類の構
造体の対（２、３）とからなり、 前記第１の構造体（２）は、前記主表面から所定の高さ
に突出し且つ前記主表面に対して実質的に垂直な対向側
壁によって定まる所定の幅を有する絶縁層のラインから
なり、 前記第２の構造体（３）は、前記主表面から所定の深さ
に前記支持構造体に形成され且つ前記主表面に対して実
質的に垂直な対向側壁によって定まる、前記所定の幅と
同じ幅を有するトレンチからなることを特徴とする較正
／測定用基準構造体。 - 【請求項２】 前記構造体の対を複数個含み、少なくと
も１つの対の前記絶縁層のライン及び前記トレンチが他
の少なくとも１つの対の前記絶縁層のライン及び前記ト
レンチの幅と異なる幅を有することを特徴とする、請求
項１に記載の基準構造体。 - 【請求項３】 前記単結晶物質がシリコンからなり、前
記絶縁層のライン（２）が二酸化シリコン及び窒化シリ
コンから選択された物質からなることを特徴とする、請
求項１又は２に記載の基準構造体。 - 【請求項４】 同じ結晶方向を有する同じ単結晶物質か
らなる研磨された第１ウェハ（８）及び第２ウェハ
（９）を準備するステップと、 前記第１ウェハ（８）の研磨された表面（１１）上に所
定の厚さの絶縁層（１０）を形成するステップと、 前記絶縁層（１０）が前記第２ウェハ（９）の研磨され
た表面（１２）と対面するように、前記第２ウェハ
（９）を前記第１ウェハ（８）に接合するステップと、 接合された構造体を前記研磨された表面（１２）に垂直
に切断するステップと、 前記切断の表面を研磨するステップと、 前記第１ウェハ及び前記第２ウェハを前記切断の表面に
垂直な方向に所定の深さまでエッチングして、前記絶縁
層（１０）を露出させるステップと、 露出した前記絶縁層の所定の一部をマスクするステップ
と、 マスクされていない部分の前記絶縁層を前記切断の表面
に垂直な方向に所定の深さまでエッチングし、前記第１
ウェハと前記第２ウェハとの間の領域に前記絶縁層の厚
さと同じ幅を有するトレンチを形成するステップとを含
む較正／測定用基準構造体の形成方法。 - 【請求項５】 前記単結晶物質がシリコンからなり、前
記絶縁層を形成するステップが、前記第１ウェハ（８）
を熱的に酸化するステップからなる請求項４に記載の形
成方法。 - 【請求項６】 単結晶物質のウェハ（７）を準備するス
テップと、 前記ウェハ（７）の表面に、異なる幅の複数のトレンチ
（１４）をエッチングするステップと、 前記単結晶物質と比べて高いエッチング選択率を示す物
質（１６）で前記トレンチ（１４）を充填するステップ
と、 前記単結晶物質を前記トレンチの深さよりも浅い所定の
深さまで前記トレンチ充填物質（１６）に対して選択的
にエッチングして、前記トレンチ充填物質（１６）を露
出させるステップと、 露出した前記トレンチ充填物質の所定の一部をマスクす
るステップと、 マスクされていない部分の前記トレンチ充填物質を前記
トレンチの深さ方向に所定の深さまでエッチングし、前
記ウェハに前記トレンチ充填物質の厚さと同じ幅を有す
るトレンチを形成するステップとを含む較正／測定用基
準構造体の形成方法。 - 【請求項７】 前記単結晶物質がシリコンからなり、前
記トレンチ充填物質が二酸化シリコンからなる、請求項
６に記載の基準構造体の形成方法。 - 【請求項８】 請求項１に従った基準構造体を準備する
ステップと、 軸部と前記軸部の下端に設けられたすそ広がり形状の先
端部とを備えた、プロフィロメトリのための微細測定チ
ップ（１７）を有する測定装置を用い、前記先端部を記
基準構造体の前記絶縁層のラインの一方の側壁、前記絶
縁層のラインの上面及び前記絶縁層のラインの他方の側
壁を含む経路に沿って移動させて前記絶縁層のラインを
プロファイルすることにより、前記絶縁層のラインに関
する幅ｂ１（図４のＢ）を測定するステップと、 前記微細測定チップの前記先端部を前記基準構造体の前
記トレンチの一方の側壁、前記トレンチの底面及び前記
トレンチの他方の側壁を含む経路に沿って移動させて前
記トレンチをプロファイルすることにより、前記トレン
チに関する幅ｂ２（図４のＡ）を測定するステップと、 前記測定された幅ｂ１から前記測定された幅ｂ２を減算
し、結果の値を２等分することによって前記微細測定チ
ップ（１７）の前記先端部の直径を計算するステップと
を含む、微細測定チップの寸法を測定する方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP93109123A EP0628809A1 (en) | 1993-06-07 | 1993-06-07 | Calibration standard for 2-D and 3-D profilometry in the sub-nanometer range and method of producing it |
| DE93109123/5 | 1993-06-07 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0794569A JPH0794569A (ja) | 1995-04-07 |
| JP2694115B2 true JP2694115B2 (ja) | 1997-12-24 |
Family
ID=8212971
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6083514A Expired - Fee Related JP2694115B2 (ja) | 1993-06-07 | 1994-04-21 | 較正／測定用基準構造体、その形成方法及びこれを用いた測定方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0628809A1 (ja) |
| JP (1) | JP2694115B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3665472B2 (ja) * | 1998-04-23 | 2005-06-29 | エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 | 走査型プローブ顕微鏡の標準サンプルおよびその製造方法 |
| US6405583B1 (en) | 1999-04-21 | 2002-06-18 | Seiko Instruments Inc. | Correlation sample for scanning probe microscope and method of processing the correlation sample |
| DE10044162C2 (de) * | 2000-05-11 | 2002-12-05 | Wacker Siltronic Halbleitermat | Standard für ein Nanotopographie-Gerät und Verfahren zur Herstellung des Standards |
| JP4750958B2 (ja) * | 2001-03-06 | 2011-08-17 | 株式会社トプコン | 電子線装置、電子線装置用データ処理装置、電子線装置のステレオ画像作成方法 |
| JP4690276B2 (ja) * | 2006-09-13 | 2011-06-01 | 株式会社ミツトヨ | 真円度測定装置の較正方法 |
| JP5464943B2 (ja) * | 2009-08-19 | 2014-04-09 | オリンパス株式会社 | 表面性状を測定する測定機の性能評価に用いられる標準片 |
| JP2013253881A (ja) * | 2012-06-07 | 2013-12-19 | Fujitsu Semiconductor Ltd | パターン検査方法及びパターン検査装置 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2814276B2 (ja) * | 1990-01-09 | 1998-10-22 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | 表面粗さ及び形状測定装置およびその測定方法 |
| JP2705338B2 (ja) * | 1991-03-18 | 1998-01-28 | 富士通株式会社 | 測長ｓｅｍ用基準サンプルの製造方法 |
| JPH04301501A (ja) * | 1991-03-29 | 1992-10-26 | Sharp Corp | 基準スケール板とその製造方法 |
| JP2676120B2 (ja) * | 1991-06-17 | 1997-11-12 | シャープ株式会社 | 荷電粒子ビーム分析装置のビーム調整方法 |
| US5298975A (en) * | 1991-09-27 | 1994-03-29 | International Business Machines Corporation | Combined scanning force microscope and optical metrology tool |
| JPH05196559A (ja) * | 1992-01-21 | 1993-08-06 | Tadahiro Omi | 測定される変位の量を較正する標準試料の製法及び標準試料並びに測定装置及び較正方法 |
-
1993
- 1993-06-07 EP EP93109123A patent/EP0628809A1/en not_active Withdrawn
-
1994
- 1994-04-21 JP JP6083514A patent/JP2694115B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0794569A (ja) | 1995-04-07 |
| EP0628809A1 (en) | 1994-12-14 |
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