JP6685855B2 - デバイス製造方法およびデバイス製造装置 - Google Patents

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Description

本発明は、デバイス製造方法およびデバイス製造装置に関し、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems：微小電気機械システム）を製造するデバイス製造方法およびデバイス製造装置に関する。
特許文献１には、ＦＩＢ（Focused Ion Beam：集束イオンビーム）で作製した試作構造体の形状と設計形状との比較を行い、その差を修正するように加工条件を補正しつつ本加工を行うようにした技術が開示されている。
特開２００４−２０９６２６号公報
前述した特許文献１の技術では、ＦＩＢで作製した試作構造体の形状と設計形状との比較において、作製した試作構造体の形状を観察する際に、電子ビームを用いたＳＥＭ（Scanning Electron Microscope：走査電子顕微鏡）画像は斜め方向からの観察のため、測長には向かないという課題がある。
本発明の目的は、電子ビームを用いたＳＥＭ画像の斜め方向からの観察において、正確な測長を可能にする技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
一実施の形態におけるデバイス製造方法は、基板平面に対して垂直方向から所定の角度を有した方向からのＳＥＭ画像の観察対象像に基づいて、前記基板上に形成された対象物の厚さまたはエッチングの深さを測長する測長工程を有する。そして、前記測長工程では、前記対象物の加工データからエッチングの断面の垂直方向からのエッチング角度を算出し、この算出したエッチング角度に基づいて前記対象物の厚さまたは前記エッチングの深さを測長する。
一実施の形態におけるデバイス製造装置は、ＦＩＢ装置とＳＥＭ装置との複合装置であるＦＩＢ−ＳＥＭ装置と、前記ＦＩＢ−ＳＥＭ装置における加工および観察を制御する制御装置と、を有する。前記制御装置は、基板平面に対して垂直方向から所定の角度を有した方向からのＳＥＭ画像の観察対象像に基づいて、前記基板上に形成された対象物の厚さまたはエッチングの深さを測長する測長処理部を有する。そして、前記測長処理部は、前記対象物の加工データからエッチングの断面の垂直方向からのエッチング角度を算出し、この算出したエッチング角度に基づいて前記対象物の厚さまたは前記エッチングの深さを測長する。
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
一実施の形態によれば、電子ビームを用いたＳＥＭ画像の斜め方向からの観察において、正確な測長が可能となる。
実施の形態におけるデバイス製造装置の構成の一例を示す構成図である。 実施の形態におけるデバイス製造方法の手順の一例を示すフローチャートである。 図２における検査工程を詳細に示すフローチャートである。 （ａ）〜（ｃ）は図３におけるステージの回転角調整の一例を示す説明図である。 （ａ）および（ｂ）は図３におけるエッジ作製時のエッチングの一例を示す説明図である。 （ａ）〜（ｃ）は図３におけるエッジ作製後のＳＥＭ画像取得の一例を示す説明図である。 図３におけるエッチング条件と逸脱角との関係のデータベースの一例を示す説明図である。 図３における逸脱角に基づいたＳＥＭ画像の補正の一例を示す説明図である。 実施の形態に対する比較例におけるデバイス製造方法の手順の一例を示すフローチャートである。
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために、平面図であってもハッチングを付す場合があり、また断面図であってもハッチングを省略する場合がある。
以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。実施の形態の特徴をわかりやすくするために、まず、関連技術に存在する改善の余地について説明する。
［改善の余地］
微細な立体構造を製造するために、ＦＩＢやレーザなどを用いた直接造形技術を応用する試みがある。中でも、ＦＩＢを用いた直接造形では、成膜、加工、検査といった工程を同一装置の中で連続して行うことができる。また、フォトリソ工程を必要としないため、フォトマスクの準備が不要である。これらの利点を活用することにより、ＭＥＭＳデバイスの試作期間を大幅に短縮できると考えられる。そこで発明者らは、ＦＩＢを用いた直接造形技術をＭＥＭＳデバイスの試作、製造に利用することとした。
一般にＭＥＭＳのようなデバイスの作製においては、構造の寸法や形状を観察し、事前の設計どおりに作製できているか検査することが重要である。造形形状が設計構造と異なると所望のＭＥＭＳ特性が得られないためである。これは、ＦＩＢを利用した直接造形の場合も例外でない。前述した特許文献１には、ＦＩＢで作製した試作構造体の形状と設計形状との比較を行い、その差を修正するように加工条件を補正しつつ本加工を行うようにした技術が開示されている。
この特許文献１の技術では、ＦＩＢで作製した試作構造体の形状と設計形状との比較において、作製した試作構造体の形状を観察する際に、電子ビームを用いたＳＥＭ画像は斜め方向からの観察のため、測長には向かないという課題がある。
そこで、本実施の形態では、上述した関連技術に存在する改善の余地に対する工夫を施している。以下では、この工夫を施した本実施の形態における技術的思想について、図面を参照しながら説明する。本実施の形態における技術的思想は、電子ビームを用いたＳＥＭ画像の斜め方向からの観察において、正確な測長を可能にする技術を提供することにある。
［実施の形態］
実施の形態におけるデバイス製造方法およびデバイス製造装置について、図１〜図８を用いて説明する。本実施の形態では、デバイス製造方法およびデバイス製造装置において、デバイスの一例として、ＭＥＭＳの構造体のデバイスを説明するが、他のデバイスにも適用できるものである。
＜デバイス製造装置＞
実施の形態におけるデバイス製造装置について、図１を用いて説明する。図１は、実施の形態におけるデバイス製造装置の構成の一例を示す構成図である。
本実施の形態におけるデバイス製造装置は、図１に示すように、ＦＩＢ装置とＳＥＭ装置との複合装置であるＦＩＢ−ＳＥＭ装置１０と、制御装置２０と、を有する。ＦＩＢ−ＳＥＭ装置１０は、制御装置２０により制御される。
ＦＩＢ−ＳＥＭ装置１０は、真空チャンバ１１と、ステージ１２と、イオン銃１３と、電子銃１４と、ガス銃１５、荷電粒子検出器１６などを有する。真空チャンバ１１は、基板３０に製造するデバイスのエッチングと成膜などの加工や、加工後のデバイスの観察などを行うチャンバである。ステージ１２は、真空チャンバ１１内にあり、デバイスを製造する基板３０を載せるステージである。
イオン銃１３は、真空チャンバ１１内にあり、イオンビーム１３ａを用いたエッチングと成膜とＳＩＭ（Scanning Ion Microscope：走査イオン顕微鏡）画像取得とに用いるイオン銃である。電子銃１４は、真空チャンバ１１内にあり、電子ビーム１４ａを用いたＳＥＭ画像取得に用いる電子銃である。ガス銃１５は、真空チャンバ１１内にあり、ガス１５ａを用いたエッチングと成膜とに用いるガス銃である。荷電粒子検出器１６は、ＳＩＭ画像取得またはＳＥＭ画像取得に用いる検出器である。
制御装置２０は、ＦＩＢ−ＳＥＭ装置１０の構成要素であるステージ１２の駆動、イオン銃１３からのイオンビーム１３ａの照射、電子銃１４からの電子ビーム１４ａの照射、ガス銃１５からのガス１５ａの吹き付けなどを制御する装置である。この制御装置２０は、ＦＩＢ−ＳＥＭ装置１０における加工および観察を制御する。
また、制御装置２０は、計算機システムの機能として、計算処理装置２１と、表示入力装置２２と、出力装置２３などを有する。計算処理装置２１は、測長処理部２１ａと、データベース（ＤＢ）２１ｂなどを有する。制御装置２０は、ＦＩＢ−ＳＥＭ装置１０に対して、デバイスの加工や観察などを指示するシステムでもある。
制御装置２０では、例えば観察において、基板３０の平面に対して垂直方向から所定の角度を有した方向（後述する図４などに示すＳＥＭの観察方向４０）からのＳＥＭ画像の観察対象像に基づいて、基板３０上に形成された対象物の厚さまたはエッチングの深さを測長する処理などを計算処理装置２１で行う。
計算処理装置２１において、例えば、測長処理部２１ａは、対象物の加工データからエッチングの断面の垂直方向からのエッチング角度（後述する図８などに示す逸脱角φ）を算出し、この算出したエッチング角度に基づいて対象物の厚さまたはエッチングの深さを測長する処理などを行う。
データベース２１ｂは、基板３０に製造するデバイスの設計データや、この設計データに基づいて加工を行うための加工レシピおよび加工データなどが電子情報として格納される記憶装置である。このデータベース２１ｂには、エッチングのイオンビームの条件とエッチングの断面の垂直方向からのエッチング角度とが関連付けられて格納されている。
加工レシピには、基板３０上に対象物を形成する際の情報として、基板３０を載せるステージ１２の回転の調整に関する情報が含まれている。また、加工レシピには、基板３０上に対象物を形成する際の情報として、エッチングの断面の観察時におけるコントラストの濃淡の順番の情報が含まれている。
表示入力装置２２は、表示機能とタッチ方式などによる入力機能とを有する。表示入力装置２２は、表示入力用インターフェース２２ａと、開始ボタン２２ｂなどを有する。表示入力用インターフェース２２ａでは、ＳＩＭ画像およびＳＥＭ画像の表示や操作者によるＳＩＭ画像およびＳＥＭ画像の確認、加工領域の表示や操作者による加工領域の入力、加工条件の表示や操作者による加工条件の入力などを行う。開始ボタン２２ｂは、操作者による必要情報の入力後に開始入力（ワンクリック、ワンタッチ、ワンタップ）することで、加工開始を指示するボタンである。
出力装置２３は、加工や観察の結果などを出力する。出力装置２３は、ＳＩＭ画像、ＳＥＭ画像、加工領域、加工条件などを出力する。
本実施の形態におけるデバイス製造装置では、操作者による必要情報の入力後に開始ボタン２２ｂが開始入力されることで、ＭＥＭＳの構造体のデバイスの製造が自動で実行される。例えば、デバイス製造装置は、基板３０の平面に対して垂直方向から所定の角度を有した方向からのＳＥＭ画像の観察対象像に基づいて、基板３０上に形成された対象物の厚さまたはエッチングの深さを測長する測長工程を自動で実行する。この測長工程では、対象物の加工データからエッチングの断面の垂直方向からのエッチング角度を算出し、この算出したエッチング角度に基づいて対象物の厚さまたはエッチングの深さを測長する。このデバイス製造装置による測長工程の詳細は、デバイス製造方法において後述する。
＜デバイス製造方法＞
実施の形態におけるデバイス製造方法について、図２を用いて説明する。図２は、実施の形態におけるデバイス製造方法の手順の一例を示すフローチャートである。
本実施の形態におけるデバイス製造方法は、上述したデバイス製造装置において実行され、設計データを変換した加工レシピに基づいて、検査工程と、必要な場合には検査結果フィードバックによる修正工程とを含む製造工程を行い、基板３０上に対象物であるデバイスが完成するまでを自動で行う。
本実施の形態におけるデバイス製造方法では、図２に示すように、まず、制御装置２０の表示入力装置２２を介して設計データの入力を受け付ける（工程Ｓ１）。この設計データは、計算処理装置２１のデータベース２１ｂに格納される。そして、制御装置２０の計算処理装置２１において、設計データを変換して加工レシピを生成する（工程Ｓ２）。この加工レシピは、計算処理装置２１のデータベース２１ｂに格納される。
加工レシピには、基板３０を載せるステージ１２の回転の調整に関する情報（後述する図４などに示す基板３０上のマーク３５）と、エッチングの断面の観察時におけるコントラストの濃淡の順番の情報（後述する図６（ｃ）に示すコントラストの情報）とが含まれている。
次に、ＦＩＢ−ＳＥＭ装置１０において、加工レシピに基づいてデバイスを製造する（工程Ｓ３）。このデバイスの製造では、膜堆積と加工とを繰り返し、イオンビーム１３ａの照射によるエッチングと成膜、ガス１５ａの吹き付けによるエッチングと成膜などを行う（工程Ｓ４）。
工程Ｓ４におけるデバイスの製造後に、ＦＩＢ−ＳＥＭ装置１０において、画像観察（ＳＥＭ）と測長を行う（工程Ｓ５）。この画像観察（ＳＥＭ）と測長では、製造したデバイスに電子ビーム１４ａを照射し、荷電粒子検出器１６で検出したＳＥＭ画像を用いて、計算処理装置２１の測長処理部２１ａで計算処理して測定値を算出する。この工程Ｓ５についての詳細は、図３において後述する。
そして、計算処理装置２１の測長処理部２１ａにおいて、測長した測定値と設計値との比較を行い、この比較結果に基づいて、加工レシピの修正が必要か否かを判断する（工程Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８）。この比較結果において、例えば、測長した測定値が設計値の範囲内にある場合には、加工レシピの修正が必要でないと判断して、デバイスの完成とする（工程Ｓ１０）。
この比較結果において、もし、測長した測定値が設計値の範囲内にない場合には、加工レシピの修正が必要であると判断し、検査結果をフィードバックして加工レシピを修正する（工程Ｓ９）。そして、修正した加工レシピに基づいて、工程Ｓ３からの処理を繰り返して行う。そして、測長した測定値が設計値の範囲内になり、加工レシピの修正が必要でないと判断した場合には、デバイスの完成となる（工程Ｓ１０）。
以上のようにして、本実施の形態におけるデバイス製造方法では、設計データを変換した加工レシピに基づいて、製造工程と、検査工程と、必要な場合には検査結果フィードバックによる修正工程とを行い、基板３０上に対象物であるデバイスを製造することができる。
これに対して、本実施の形態に対する比較例におけるデバイス製造方法では、図９に示すような手順となる。図９は、実施の形態に対する比較例におけるデバイス製造方法の手順の一例を示すフローチャートである。
本実施の形態に対する比較例におけるデバイス製造方法では、図９に示すように、設計データを変換した加工レシピに基づいて、膜堆積と加工とを繰り返す製造工程を行う（工程Ｓ１０１〜Ｓ１０５）。次に、製造工程で完成したデバイスについて、測長、測定値と設計値との比較、比較結果、および修正判断による検査工程を行う（工程Ｓ１０６〜Ｓ１０９）。そして、検査結果を次の試作へフィードバックする（工程Ｓ１１０）。
このように、本実施の形態に対する比較例におけるデバイス製造方法では、全ての製造工程が終了した後に検査工程を行い、この検査結果を次の試作へフィードバックする手順であるため、試作回数が増えて試作時間が増加するという課題がある。これに対して、本実施の形態におけるデバイス製造方法では、上述したように、ＦＩＢ加工による製造工程の途中でＳＥＭによる検査工程を行い、この検査結果は直後の修正工程にフィードバックされるので、試作内で修正することで試作時間を削減することができる。
＜＜検査工程＞＞
図２に示した検査工程について、図３を用いて図４〜図８を参照しながら詳細に説明する。図３は、図２における検査工程を詳細に示すフローチャートである。
ここでは、基板３０上に形成された対象物の厚さまたはエッチングの深さを測長するデバイス製造方法において、基板３０上に形成された対象物の厚さを測長する場合を説明する。しなしながら、本実施の形態におけるデバイス製造方法は、エッチングの深さを測長する場合にも適用できるものである。
上述した検査工程における画像観察と測長の工程Ｓ５では、詳細には、図３に示すように、まず、制御装置２０において、基板３０を載せたステージ１２の回転角を調整する（工程Ｓ５１）。この工程Ｓ５１を、図４を用いて説明する。図４は、図３におけるステージの回転角調整の一例を示す説明図である。
工程Ｓ５１では、図４に示すように、基板３０上のマーク３５に対するステージ１２の回転角の調整を行う。このステージ１２の回転角の調整では、加工レシピに含まれている基板３０上のマーク３５の情報を用いる。このマーク３５は、基板３０を載せるステージ１２の回転角の調整に関する情報である。
図４において、（ａ）はＳＥＭの観察方向４０と基板３０上のマーク３５とが正対する位置関係を示し、（ｂ）は基板３０上のマーク３５に対してステージ１２の回転角の調整を行う前の状態を示し、（ｃ）は調整を行った後の状態を示している。基板３０上には、後述（図５）するように、第１層膜３１、第２層膜３２が積層されている。
図４（ａ）に示すように、基板３０上のマーク３５として、ＳＥＭの観察方向４０に対して基板３０を載せたステージ１２の回転角が分かるマークとする。これに限定されるものではないが、例えば図４（ａ）に示すような郵便マークに類似するマーク３５を用いる。図４（ａ）では、ＳＥＭの観察方向４０に対して基板３０上のマーク３５が正対する位置関係にある。言い換えれば、正対する位置関係とは、ＳＥＭの観察方向４０から見た場合にマーク３５が正しい向きにある状態を意味する。
図４（ｂ）に示すように、基板３０上のマーク３５に対してステージ１２の回転角の調整を行う前の状態では、基板３０上のマーク３５が、ＳＥＭの観察方向４０に対して正対する位置になっていない。すなわち、ＳＥＭの観察方向４０から見た場合にマーク３５は横向きになっている。このような状態の時に、ＳＥＭの観察方向４０に対して基板３０上のマーク３５が正対する位置となるように、ステージ１２の回転角を調整する。ここでは、図４（ｂ）において左回りで９０度回転させる。
このステージ１２の調整後は、図４（ｃ）に示すように、ＳＥＭの観察方向４０に対して基板３０上のマーク３５が正対する位置となる。すなわち、ＳＥＭの観察方向４０から見た場合にマーク３５は正しい向きとなる。
このようにして、工程Ｓ５１では、ＳＥＭの観察方向４０に対して基板３０上のマーク３５が正対する位置となるように、基板３０を載せたステージ１２の回転角を調整する。
次に、図３に示すように、ＦＩＢ−ＳＥＭ装置１０において、エッチングの断面の観察時におけるエッジを作製する（工程Ｓ５２）。そして、エッジを作製した後に所定の角度を有した方向からエッチングの断面を観察する（工程Ｓ５３）。これらの工程Ｓ５２およびＳ５３を、図５および図６を用いて説明する。図５は、図３におけるエッジ作製時のエッチングの一例を示す説明図である。図６は、図３におけるエッジ作製後のＳＥＭ画像取得の一例を示す説明図である。
工程Ｓ５２では、図５および図６に示すように、エッジを作製するためのエッチングにおいて、被測定膜よりも深くエッチングを行う。図５において、（ａ）はデバイスの上面図を示し、（ｂ）はデバイスの断面図を示している。図６において、（ａ）はデバイスのエッチング後の斜視図（ハッチング省略）を示し、（ｂ）はＳＥＭ画像を示し、（ｃ）はＳＥＭ画像のコントラストを示している。
これに限定されるものではないが、図５（ａ）（ｂ）に示すように、例えばシリコンＳｉの基板３０上に、二酸化珪素ＳｉＯ２の第１層膜３１、タングステンＷの第２層膜３２が積層された構造を有するＭＥＭＳの構造体を形成した場合を考える。
エッジを作製する前の状態では、図５（ｂ）に示すように、タングステンＷの第２層膜３２の端部が円弧状になっているために、ＳＥＭ画像の取得時に正しく端部を検出することができない。そこで、図５（ａ）（ｂ）に破線で示す領域３６について、エッジを作製するためのエッチングを行い、その後にＳＥＭ画像を取得する。このエッジを作製するためのエッチングでは、測長対象の被測定膜であるタングステンＷの第２層膜３２の膜厚よりも深く、二酸化珪素ＳｉＯ２の第１層膜３１が少し削れる位置までエッチングを行う。エッチングを行った後は図６（ａ）に示すような構造となる。図６（ａ）では、エッチングを行った部分のみの斜視図を示している。
工程Ｓ５３では、エッジを作製するためのエッチングを行った後に、エッチングの断面を観察する。この観察では、基板３０の平面に対して所定の角度を有した斜め方向（ＳＥＭの観察方向４０）から電子ビーム１４ａを照射し、荷電粒子検出器１６で検出してＳＥＭ画像を所得する。図６（ｂ）には、図６（ａ）に一点鎖線で示す領域３７のＳＥＭ画像を示しており、タングステンＷの第２層膜３２の膜厚よりも深くエッチングされた断面の画像が所得されている。
このエッジ作製後に取得したＳＥＭ画像は、図６（ｂ）に示すように、タングステンＷの第２層膜３２のエッジ３２ａが正しく検出され、かつ、タングステンＷの第２層膜３２と二酸化珪素ＳｉＯ２の第１層膜３１との境界の界面３２ｂも検出されるので、タングステンＷの第２層膜３２の厚さ（ｈ）に対応するＳＥＭ画像の幅Ｄが求められる。このタングステンＷの第２層膜３２の厚さ（ｈ）とＳＥＭ画像の幅Ｄとの関係は、後述（図８）する。
図６（ｃ）に示すように、ＳＥＭ画像では、材料の違いによりコントラストに差が生じ、この差を検出することで、タングステンＷの第２層膜３２と二酸化珪素ＳｉＯ２の第１層膜３１との違いが判断できる。ＳＥＭ画像においては、各層の材料の違いによる電子密度を反映してコントラストが変化する。コントラストは、色の濃淡を表す度合いである。第２層膜３２のタングステンＷと第１層膜３１の二酸化珪素ＳｉＯ２では、タングステンＷの方が淡く、二酸化珪素ＳｉＯ２の方が濃いコントラストとなる。コントラストは明度と言い換えることもでき、濃い方は暗い方に対応し、淡い方は明るい方に対応する。このコントラストの差による材料の違いの判断では、加工レシピに含まれているコントラストの濃淡の順番の情報を用いる。
このようにして、工程Ｓ５２では、図５および図６に示すように、エッチングの断面の観察時におけるエッジを作製する。そして、工程Ｓ５３では、ＳＥＭ画像において、エッジを作製した後に所定の角度を有した方向からエッチングの断面を観察する。
次に、図３に示すように、計算処理装置２１の測長処理部２１ａにおいて、エッチングの断面を観察したＳＥＭ画像をエッチング角度（逸脱角）に基づいて補正する（工程Ｓ５４）。そして、対象物の厚さの測定値を算出する（工程Ｓ５５）。これらの工程Ｓ５４およびＳ５５を、図７および図８を用いて説明する。図７は、図３におけるエッチング条件と逸脱角との関係のデータベースの一例を示す説明図である。図８は、図３における逸脱角に基づいたＳＥＭ画像の補正の一例を示す説明図である。
工程Ｓ５４では、図７および図８に示すように、エッチング条件と逸脱角との関係のデータベース（ＤＢ）２１ｂを参照し、逸脱角に基づいてＳＥＭ画像の斜め成分を補正する。そして、工程Ｓ５４では、測長対象の被測定膜であるタングステンＷの第２層膜３２の厚さの測定値を算出する。
図７は、エッチング条件と逸脱角との関係のデータベース２１ｂを示しており、エッチング条件には材料、電流、電圧などがある。図７の例では、エッチング条件“１”において、材料がタングステンＷ、電流が８０ｐＡ、電圧が３０ｋＶの場合に、逸脱角（φ）は３ｄｅｇとなる。
図８は、逸脱角に基づいたＳＥＭ画像の補正を示しており、θはＳＥＭの観察角度、φはタングステンＷの第２層膜３２の斜面の垂直方向からの逸脱角、ＤはＳＥＭ画像の幅、ｈはタングステンＷの第２層膜３２の厚さを示している。
ＳＥＭ画像の幅Ｄは、
Ｄ＝ｈ・ｓｉｎθ＋ｈ・ｔａｎφ・ｃｏｓθ ・・・ 式（１）
となる。例えば、φ＝０のときに、Ｄ＝ｈ・ｓｉｎθとなる。
式（１）より、タングステンＷの第２層膜３２の厚さｈは、
ｈ＝Ｄ／（ｓｉｎθ＋ｔａｎφ・ｃｏｓθ） ・・・ 式（２）
となる。
タングステンＷの第２層膜３２の厚さｈは、ＳＥＭ画像の幅ＤとＳＥＭの観察角度θと逸脱角φが分かれば、式（２）を用いて算出することができる。このタングステンＷの第２層膜３２の厚さｈは、対象物の厚さの測定値となる。
このようにして、工程Ｓ５４では、エッチングの断面を観察したＳＥＭ画像を逸脱角に基づいて補正する。そして、工程Ｓ５５では、対象物の厚さの測定値を算出する。これにより、対象物の厚さを正確に測長することができる。
以上の説明においては、基板３０上に形成された対象物の厚さを測長する場合を説明したが、本実施の形態においては、エッチングの深さを測長する場合にも適用できるものである。この場合にも、対象物の厚さを測長する場合と同様に、エッチングの断面を観察したＳＥＭ画像をエッチング角度（逸脱角）に基づいて補正して、エッチングの深さの測定値を算出することで、エッチングの深さを正確に測長することができる。
＜効果＞
以上説明した本実施の形態におけるデバイス製造方法およびデバイス製造装置によれば、電子ビーム１４ａを用いたＳＥＭ画像の観察方向４０からの観察において、正確な測長が可能となる。より具体的には、ＭＥＭＳの構造体のデバイスの製造中において、対象物の厚さまたはエッチングの深さを正確に測長することができる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
例えば、前記実施の形態においては、デバイスの一例として、ＭＥＭＳの構造体のデバイスを説明したが、他のデバイスなどにも適用することができる。また、ＭＥＭＳの構造体についても、シリコンＳｉの基板３０上に、二酸化珪素ＳｉＯ２の第１層膜３１、タングステンＷの第２層膜３２を積層した構造に限られるものではない。
なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
また、実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。
１０ ＦＩＢ−ＳＥＭ装置
１１ 真空チャンバ
１２ ステージ
１３ イオン銃
１３ａ イオンビーム
１４ 電子銃
１４ａ 電子ビーム
１５ ガス銃
１５ａ ガス
１６ 荷電粒子検出器
２０ 制御装置
２１ 計算処理装置
２１ａ 測長処理部
２１ｂ データベース
２２ 表示入力装置
２２ａ 表示入力用インターフェース
２２ｂ 開始ボタン
２３ 出力装置
３０ 基板
３１ 第１層膜
３２ 第２層膜
３２ａ エッジ
３２ｂ 界面
３５ マーク
４０ 観察方向

Claims (4)

  1. ＦＩＢ装置とＳＥＭ装置との複合装置であるＦＩＢ−ＳＥＭ装置と、前記ＦＩＢ−ＳＥＭ装置における加工および観察を制御する制御装置と、を有するデバイス製造装置におけるデバイス製造方法であって、
    前記制御装置によって制御される工程として、
    基板平面に対して垂直方向から所定の角度を有した方向からのＳＥＭ画像の観察対象像に基づいて、前記基板上に形成された対象物の厚さまたはエッチングの深さを測長する測長工程を有し、
    前記測長工程は、
    前記基板上のマークが前記ＳＥＭ画像の観察方向に対して正対するように、前記基板を載せたステージの回転角を調整する工程と、
    前記基板上の前記対象物の前記垂直方向での断面を観察するための第１エッチングとして、前記対象物のエッジおよび界面が形成される程度の深さで前記断面を作製する第１エッチングを行う工程と、
    作製された前記断面に対し、前記所定の角度を有した方向から前記ＳＥＭ画像を取得し、コントラストの濃淡による前記断面の領域を観察する工程と、
    前記対象物の加工データと、前記エッチングの条件とエッチング角度とが関連付けられているデータベースとに基づいて、前記エッチングの断面の垂直方向からの前記エッチング角度を算出する工程と、
    前記所定の角度をθ、前記エッチング角度をφ、前記ＳＥＭ画像の前記断面の領域の前記対象物の厚さまたはエッチングの深さに対応する幅をＤ、前記垂直方向での前記対象物の厚さまたはエッチングの深さをｈとした場合に、ｈ＝Ｄ／（ｓｉｎθ＋ｔａｎφ・ｃｏｓθ）によって、前記対象物の厚さまたはエッチングの深さの測定値を算出する工程と、
    を有する、デバイス製造方法。
  2. 請求項１に記載のデバイス製造方法において、
    前記対象物は、ＭＥＭＳの構造体である、デバイス製造方法。
  3. ＦＩＢ装置とＳＥＭ装置との複合装置であるＦＩＢ−ＳＥＭ装置と、前記ＦＩＢ−ＳＥＭ装置における加工および観察を制御する制御装置と、を有するデバイス製造装置であって、
    前記制御装置は、
    基板平面に対して垂直方向から所定の角度を有した方向からのＳＥＭ画像の観察対象像に基づいて、前記基板上に形成された対象物の厚さまたはエッチングの深さを測長する測長処理部を有し、
    前記測長処理部は、
    前記基板上のマークが前記ＳＥＭ画像の観察方向に対して正対するように、前記基板を載せたステージの回転角を調整する処理と、
    前記基板上の前記対象物の前記垂直方向での断面を観察するための第１エッチングとして、前記対象物のエッジおよび界面が形成される程度の深さで前記断面を作製する第１エッチングを行う処理と、
    作製された前記断面に対し、前記所定の角度を有した方向から前記ＳＥＭ画像を取得し、コントラストの濃淡による前記断面の領域を観察する処理と、
    前記対象物の加工データと、前記エッチングの条件とエッチング角度とが関連付けられているデータベースとに基づいて、前記エッチングの断面の垂直方向からの前記エッチング角度を算出する処理と、
    前記所定の角度をθ、前記エッチング角度をφ、前記ＳＥＭ画像の前記断面の領域の前記対象物の厚さまたはエッチングの深さに対応する幅をＤ、前記垂直方向での前記対象物の厚さまたはエッチングの深さをｈとした場合に、ｈ＝Ｄ／（ｓｉｎθ＋ｔａｎφ・ｃｏｓθ）によって、前記対象物の厚さまたはエッチングの深さの測定値を算出する処理と、
    を行う、デバイス製造装置。
  4. 請求項３に記載のデバイス製造装置において、
    前記対象物は、ＭＥＭＳの構造体である、デバイス製造装置。
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