JP4276892B2

JP4276892B2 - 測長用標準部材および電子ビーム測長装置の校正方法

Info

Publication number: JP4276892B2
Application number: JP2003139748A
Authority: JP
Inventors: 義則中山; 洋也太田; 理上村; 明佳谷本
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2003-05-19
Filing date: 2003-05-19
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2023-05-19
Also published as: JP2004340838A

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

水平面と前記水平面に対して一定の角度で傾斜した第１の斜面とを有するホルダと、
前記水平面上に配置され、かつ、ピッチ寸法が求められている第１の回折格子と、
前記第１の斜面上に配置され、かつ、ピッチ寸法が求められている第２の回折格子と、を有し、
前記第１の回折格子の有する溝が延在する第１の方向と、前記第２の回折格子の有する溝が延在する第２の方向と、前記水平面と前記斜面との交線とが、それぞれ互いに平行であることを特徴とする測長用標準部材。
請求項１記載の測長用部材において、
前記ホルダは、さらに前記水平面に対して一定の角度で傾斜した第２の斜面と、
前記水平面上に配置され、かつ、ピッチ寸法が求められている第３の回折格子と、
前記第２の斜面上に配置され、かつ、ピッチ寸法が求められている第４の回折格子と、を有し、
前記第１の方向と、前記第３の回折格子の有する溝が延在する第３の方向とが互いに直行し、
前記第３の方向と、前記第４の回折格子の有する溝が延在する第４の方向と、前記水平面と前記第２の斜面との交線とが、それぞれ互いに平行であることを特徴とする測長用標準部材。
請求項１に記載の測長用標準部材において、前記第１の斜面上に配置された前記第２の回折格子の一部が前記水平面に配置された前記第１の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。
請求項２に記載の測長用標準部材において、前記第２の斜面上に配置された前記第４の回折格子の一部が前記水平面に配置された前記第３の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。
請求項１に記載の測長用標準部材において、前記第１の斜面上に配置された前記第２の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測長用標準部材。
請求項２に記載の測長用標準部材において、前記第２の斜面上に配置された前記第４の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測長用標準部材。
請求項１から６のいずれか１項に記載の測長用標準部材において、前記第１と第２の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。
水平面と前記水平面に対して一定の角度で傾斜した第１の斜面とを有するホルダと、前記水平面上に配置され、かつ、ピッチ寸法が求められている第１の回折格子と、前記第１の斜面上に配置され、かつ、ピッチ寸法が求められている第２の回折格子と、を有し、前記第１の回折格子の有する溝が延在する第１の方向と、前記第２の回折格子の有する溝が延在する第２の方向と、前記水平面と前記斜面との交線とが、それぞれ互いに平行である測長用標準部材を電子ビーム測長装置の試料台に搭載する工程と、
前記第１の回折格子に対して電子ビームを走査させ、二次電子検出器により検出される二次電子信号から得られる情報に基いて、第１の倍率における第１のピッチ寸法を求める工程と、
前記第１のピッチ寸法が、光学的回折角から求めた前記第１の回折格子の第２のピッチ寸法となるように、前記電子ビーム測長装置の校正を行う工程と、
前記第２の回折格子に対して電子ビームを走査させ、前記二次電子検出器より検出される二次電子信号から得られる情報に基いて、前記第１の倍率における第３のピッチ寸法を求める工程と、
前記電子ビーム測長装置の前記第１の倍率を前記第１の倍率よりも高い倍率の第２の倍率に変更する工程と、
前記第２の回折格子に対して電子ビームを走査させ、前記二次電子検出器より検出される二次電子信号から得られる情報に基いて、前記第２の倍率における第４のピッチ寸法を求める工程と、
前記第４のピッチ寸法が、前記第３のピッチ寸法となるように、前記電子ビーム測長装置の校正を行う工程と、有することを特徴とする電子ビーム測長装置の校正方法。
請求項８記載の電子ビーム測長装置の校正方法において、前記第１と第２の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する電子ビーム測長装置の校正方法。