WO2004074771A1 - 測長用標準部材およびその作製方法、並びにそれを用いた電子ビーム測長装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、より微細な基準寸法を有する測長用標準部材およびその作製方法を含む電子ビーム測長技術を提供する。光学的手段により絶対寸法としてピッチ寸法が特定された第1の回折格子の配列よりなるパターンを配置した半導体部材を有し、かつ、前記パターンは、前記第1の回折格子の配列内の一部に、前記第1の回折格子とは異なる第2の回折格子の配列を所定の周期で内在させた構成を有する。前記第1の回折格子および前記第2の回折格子は、それぞれ所定の長さと幅を有し、それぞれ所定の間隔で周期的に配列されており、かつ、前記パターンの周辺部に前記パターンの位置を特定するためのマークが配置されている。また、前記パターンは、最小ピッチ寸法が100nm以下である配列パターンを含む。パターン作製法として、電子ビーム一括露光法を用いる。

Description

測長用標準部材およびその作製方法、並びにそれを用いた電子ビーム 測長装置 ... 技術分野

本発明は、電子ビーム測長明に用いられる測長用標準部材を含む 子 ビーム測長技術に関する。

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背景技術

従来の電子ビーム測長に用いられる測長用標準部材は、 面方位が

( 1 1 0 )面の表面を有する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。その校正 方法は、レーザ光を用いた回折格子の回折角測定により行われている (例えば、' 特開平 7— 7 1 9 4 7号公報 1参照） 。

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 限界に依存しており、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 3 5 1 · 1 n mのアルゴンイオンレーザではピッチ寸法で約 2 0 0 n m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 2 0 0 n m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 1 0 0 n m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。

また、レーザ干渉露光法を用いた回折格子パターニングでは単純な ライン&スペースパターンしか原理的に作製できない。このために試 料全面に'同じパターンができてしまうので、位置決めマークが用いら れない試料では自動位置決めができないため、測長装置での校正時に どの位置の回折格子パターンを使ったのか厳密には特定できない。電 子ビーム測長装置の場合には、ビーム照射に伴ぅコンタミネーシヨン 付着のため試料の寸法変動を引き起こすために、自動位置決めができ ない場合には、人が介在して校正を行う必要があるので自動校正がで きない。

発明の開示

本発明の目的は、より微細な基準寸法を有する測長用標準部材およ びその作製方法を含む電子ビーム測長技術を提供することにある。 上記目的を達成するために、本発明では， 従来の回折格子パターン の中にさらに微細なパターンを内在させた構成とする。

従来の回折格子パターン （第 1の回折格子の配列） を約 2 0 0 n m 以上とし、 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 寸法を絶対寸法として用いる。 この回折格子パターンの中に、 最小寸 法が 1 0 0 n m以下の回折格子パターン （第 2の回折格子の配列) を 混在させる。 このパターンの値付けは、従来のレーザ光を用いた回折 格子の回折角測定では不可能なので電子ビーム測長装置あるいは探 針プローブ顕微鏡を用い、絶対寸法俥として上記で求めた従来の回折 格子パダーンのピッチ寸法を基準として用いる。 この際、 電子ビーム や探針プローブの同一走査範囲内に両パターンを配置させることで、 より高精度な校正が可能となる。'このように、 従来のレーザ光を用い た回折格子の回折角測定が可能なパターンと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混在させることにより、微 細性と高精度を両立した測長用標準部材 （あるいは、 標準試料） およ ぴ校正が可能となる。

この寸法標準部材の作製において、従来の回折格子パターンと最新 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混在さ せるには、従来の寸法標準部材で用いたレーザ干渉露光法では解像性 およびパターン創生の自由度の点で不可能である。

そこで、解像性に優れパターン形状の制約のない電子ビーム露光法 を用いる。 特に、試料面内の均一性を向上させた高精度な寸法標準部 材の作製のた.めには、所望のパターンをステンシルマスクに作り込ん で電子ビームで縮小投影露光を行う電子ビーム一括図形照射法が有 効である。 すなわち、描画パターンは全てステンシルマスクに作り こ んであるので、これをビーム偏向により繰り返し露光することで各シ ョ ッ ト毎に寸法変動することはなく再現性の良いパターエングが可 能である。 このパターユング方法と、従来の寸法標準部材で用いた面 方位依存性のある湿式ェツチングとを組み合わせることにより、微細 で電子ビーム測長装置や探針プローブ顕微鏡に適した寸法標準部材 の作製が可能になる。

この作製方法では、ステンシルマスク内のパターン作成の自由度が 大きいので回折格子だけでなく種 のパターンを作りこむ ；とが可 能である。 そこで、 一括図形での最大照射面積より小さめの領域に回 折格子パターンを用意して、その回折格子の周囲でかつ最大照射面積 内の領域に十字形のマークパターンを混在させたステンシルマスク を作製して電子ビーム一括図形照射法にて露光を行うと、回折格子を 含んだパターンが一定の長さと一定の幅の大きさで露光され、 かつ、 このパターンが縦横方向にそれぞれ一定の間隔で周期的に配列され、 かつ、それぞれのパターンの間には十字形のマークパターンが配置さ れて露光される。さらに上記の一定の間隔で周期的に配列されたパタ ーン群の外側でかつ上下左右のいずれかの対の位置'に同じ電子ビー ム一括図形照射法あるいは電子ビーム可変成形法により十字形のマ ークパターン等の位置検出マークパターンを形成する。

このような露光を行って作製した試料では、電子ビーム測長装置等 において装置校正する場合には、十字形のマークパターン等の位置検 出マークを使うことによって試料回転補正やパターン内の校正位置 を特定できるので、校正に用いたパターン位置を自動特定が可能であ る。 そこで、 パターン位置決めから装置校正までを自動化して、 校正 で使用したパターンのビーム照射回数を記録しておき一定回数に達 したら自動的に異なるパターン位置に移動して校正を行うようにす ることが可能である。 このため、 ビーム照射による試料コンタミネー ション付着による校正精度劣化することなく、いつも測長時に良好な 信号波形を得ることができるので高精度校正が自動で達成できる。

'また、電子ビーム一括図形照射法によるパターニング方法と ドライ エッチングを組み合わせることにより回折格子の方向を任意の方向 に設定できるので、面積の大きなゥエーハ形状の標準部材において回 折格子や位置決めマークを含んだパターン群を複数上記ゥエーハ上 に配置させることができる。このとき電子ビーム一括図形照射法によ りパターニングする際にパターン群をそれぞれ 9 0度あるいは 4 5 度回転した方向のパターン群を用意することが可能である。.この標準 部材を用いれば、一つの試料で縦'横 '斜め方向の寸法校正が可能であ る。

以下、 本発明の代表的な構成例について述べる。

( 1 ) 光学的手段により絶対寸法としてピッチ寸法が特定された第 1の回折格子の配列よりなるパターンを配置した半導体部材を有し、 かつ、 前記パターンは、 前記第 1の回折格子の配列内の一部に、 前記 第 1の回折格子とは異なる第 2の回折格子の配列を所定の周期で内 在させた構成を有することを特徴とする測長用標準部材。

( 2 ) 光学的手段により絶対寸法としてピッチ寸法が特定された第 1の回折格子の配列よりなるパターンを配置した半導体部材を有し、 かつ、 前記パターンは、 前記第 1の回折格子の配列内の一部に、 前記 第 1の回折格子の直線部の長さ、配列のピッチ寸法および周期的な繰 り返し方向のうち少なく ともいずれか 1つが異なる第 2の回折格子 の配列を前記第 1の回折格子の配列とは互いに平行になるように内 在させた構成を有することを特徴とする測長用標準部材。

( 3 ) 光学的手段により絶対寸法としてピッチ寸法が特定された第

1の回折格子の配列よりなるパターンを複数個配置した半導体部材 を有し、 かつ、 前記パターンの各々は、 前記第 1の回折格子の配列内 の一部に、前記第 1の回折格子とは異なる第 2の回折格子の配列を所 定の周期で内在させた構成を有することを特徴とする測長用標準部 材。

( 4 ) 前記測長用標準部材において、 前記パターンは、 最小ピッチ 寸法が 1 0 0— n m以下である配歹パターンを含むことを特徴とする。

( 5 ) 前記測長用標準部材において、 前記半導体部材は、 シリ コン 基板で構成され、かつ.、前記パターンが前記シリ コン基板の（1 1 0 ) 面と （1 1 1 ) 面の面方位の表面を有する凹凸状のパターンであるこ とを特徴とする。 ' ( 6 ) 前記測長用標準部材において、 前記第 1の回折格子および前 記第 2の回折格子は、 それぞれ所定の長さと幅を有し、 それぞれ所定 の間隔で周期的に配列されており、 かつ、 前記パターンの周辺部に前 記パターンの位置を特定するためのマークが配置されていることを 特徴とする。

( 7 ) 前記測長用標準部材において、 前記 数個のパターンは、 所 定の領域内に所定の間隔で 2次元的かつ周期的に配置され、 かつ、 前 記複数個の回折格子パターン間に位置検出用マークを配置してなる ことを特徴とする。

( 8 ) 半導体部材面上に、 光学的手段により絶対寸法としてピッチ 寸法が特定された第 1の回折格子の配列よりなるパターンを形成す る工程を有し、 かつ、 ステンシルマスクを用いた電子ビーム一括露光 法により、前記パターンにおける前記第 1の回折格子の配列内の一部 に、前記第 1の回折格子とは異なる第 2の回折格子の配列を所定の周 期で形成する工程を設けてなることを特徴とする測長用標準部材の 作製方法。

( 9 ) 電子ビームを照射し、 走査して試料の加工寸法を計測する電 子ビーム測長手段と、前記電子ビームを測長用標準部材に走査して得 られる二次電子信号波形をもとに寸法校正を行う校正手段とを有し、 かつ、 前記測長用標準部材は、 半導体基板上に、 光学的手段により絶 対寸法として'ピッチ寸法が特定された第 1の回折格子の配列を有し、 前記第 1の回折格子の配列内の一部に、前記第 1の回折格子とは異な る第 2の回折格子の配列を所定の周期で内在させたパターンを有す ることを特徴とする電子ビーム測長装置。

( .1 0 ) —定ピッチ寸法を有する回折格子パターンを含む複数のパ ターンからなる測長用標準部材の校正方法において、前記回折格子パ ターンのピッチ寸法校正にはレーザ光を用いた回折角測定を用い、か つ他のパターンの寸法校正には上記回折角測定により求められた回 折格子パターンのピッチ.寸法により校正された電子ビーム測長装置 あるいは探針プローブ顕微鏡を用いることを特徴とする測長用標準 部材の校正方法。

( 1 1 ) 回折格子パターンおよび位置検出用マークパターンを有す る半導体部材を用いた測長装置の校正方法において、前記マークを検 出してその位置を求め、このマーク位置を基準として校正に用いる回 折格子パターンで、かつ予めレーザ光を用いた回折角測定を用いその ピッチ寸法が求められている部分に位置決めを行い、前記回折格子パ ターン部のピッチ寸法を測長し、この結果を前記回折角測定で求めた ピッチ寸法を基準として寸法校正を行い、かつ前記パターン位置での 校正回数を記録しておき一定回数を超えたら前記マーク位置を基準 にして他のパターン位置に変更して前記校正を行うことを特徴とす る測長装置の校正方法。

( 1 2 ) 前記測長装置の校正方法において、 前記回折格子パターン のピッチ寸法を求めるにあたり、一回の電子ビーム走査で得られる複 数個のピッチ寸法を各々求め、これを平均して校正に用いることを特 徴とする測長装置の校正方法。

( 1 3 ) 前記測長装置の校正方法において、 前記半導体部材には前 記回折格子パターン内の一部に前記回折格子とはその直線部の長さ またはピッチ寸法または周期的な繰り返し方向の内少なく ともいず れかが異なる回折格子パターンが含まれており、予めレーザ光を用い た回折角測定を用い、そのピッチ寸法が求められている部分に位置決 めを行い前記回折格子パターン部のピッチ寸法を測長し、この結果を 前記回折角測定で求めたピッチ寸法を基準として寸法校正を行った 後に前記マーク位置を基準にして前記異なる回折格子パターン位置 に移動して前記異なる回折格子パターンの寸法を測長し、この寸法値 を基準値として他のパターン測長寸法校正に用いることを特徴とす る測長装置の校正方法。

( 1 4 ) 前記測長装置の校正方法において、 前記一連の校正操作を 測長装置の制御装置に記憶'させておき自動で校正を行うことを特徴 とする測長装置の校正方法。 図面の簡単な説明

図 1は、本発明の測長用寸法標準部材における校正用パターンの一 例とビーム走査位置を説明する図、 図 2は、本発明の測長用寸法標準 部材におけるパターン配列の一例を説明する図、 図 3は、従来の校正 用標準部材を説明する図、 図 4は、本発明に用いる電子ビーム一括露 光装置用ステンシルマスクの例を説明する図、 図 5は、 本発明による 測長用寸法標準部材を搭載した電子ビーム測長装置の概略構成を説 明する図、 図 6は、本発明の測長用寸法標準部材に用いられる校正用 パターンの他の例を説明する図、 図 7は、.本発明の測長用寸法標準部 材に用いられる校正用パターンのさらに他の例を説明する図、図 8は、 ( 1 1 0 ) S i基板上に湿式エッチングで作製した回折格子凹凸バタ ーンを説明する図、 図 9は、 図 1の実施例による十万倍での二次電子 信号波形を示す図、 図 1 0は、 図 1の実施例による二十万倍での二次 電子信号波形を示す図、 図 1 1は、 本発明の測長用寸法標準部材にお けるパターン配列の他の例を説明する図、 図 1 2は、本発明の測長用 寸法標準部材の他の例を説明する図、 図 1 3は、 図 1 2の実施例によ る五万倍での二次電子信号波形 （電子ビーム A走査位置） を示す図、 図 1 4は、 図 1 2の実施例による五万倍での二次電子信号波形 （電子 ビーム B走査位置） を示す図。 発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明の実施例について、 図面を参照して説明する。

図 1、 図 2に、 本発明の電子ビーム測長装置用の寸法標準部材の例 を示す。 図 3は、 従来の電子ビーム測長装置用寸法標準部材を示す。 従来は、図 8に示すような面方位（ 1 1 0 )の半導体基板（例えば、 シリ コン （S i ) 基板、 GaAsや InP 等の化合物半導体基板） 上の凹 凸パターン 1 5を、図 3に示すような一定方向の回折格子パターンと して、 レーザ干渉露光法と湿式エッチングにより作製していた。 回折 格子 9のピツチ寸法は約 2 0 0 n m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 4 m m角の試料全面 8 に一様に形成されている。この標準部材を用いて電子ビーム測長装脣 を校正する場合には、 以下の二つの問題がある。

まず、 第 1の問題は、 微細性である。 先述のように、 最新の半導体 パターンでは、最小加工寸法が 1 0 0 n m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 2 0 0 n m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 ピツチ分が入り 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。 第 2 の問.題は、試料全体が一様なパターンであるため試料内位置決め用の マークがないので、校正位置の自動的な位置特定ができないことであ る。 このため、 電子ビーム測長装置等では、 人が位置決めを行い校正 を行ってきた。

本発明では、パターン露光方法として電子ビーム一括露光法を用い た。この方法ではピッチ寸法 1 0 0 n m以下のパターニングが可能で あるが-、 このピッチ寸法の回折格子では波長限界のため、 光学的回折 角測定が困難であった。

そこで、 本発明では、 図 1に示すような回折格子パターンを作製し た。 この回折格子パターンは、 図 1にあるように長さ 3 μ m、 ピッチ 2 0 0 n mの回折格子パターン （第 1の回折格子の配列） 1の中心部 に長さ 0 . 5 μ πι、 ピッチ 4 0 0 n mの回折格子パターン （第 2の回 折格子の配列） 2が配置されている。 また、 回折格子パターン 1の周 囲 4隅には位置決め用の長さ 0 . 5 μ mの十字マーク 3が配置され'て いる。 図 2に示す標準部材 5には、 これらのパターンを含んだ 5 m 角の領域を基本単位として、図 2中の拡大図に示すようなパターン配 列 4で、 縦横方向に 1 m m角にわたって繰り返し配置されており、 さ らに、この校正パターン領域 6の周囲 4隅には試料回転補正用の十字 マーク 7が配置されている。

次に、 本発明の標準部材の作製方法について述べる。

まず、 面方位が ( 1 1 0 ) 面の表面を有する S i基板上に 1 0 0 n πι以下の酸化膜を形成後、 レジストを表面に塗布する。 次に、 図 4に 示した開口 1 0 , 1 1を有するステンシルマスクを搭載した電子ビー ム一括露光装置で、ビーム偏向により校正用パターン開口 1 0を選択 して上記基板上でビーム偏向により露光する。 次に、矩形開口 1 1を 用いて回折格子パターンが露光されている周囲の左右に、図 2のよう な試料回転捕正用のマーク 7を電子ビーム可変成形法で露光する。現 像後、 レジス トをマスクとして酸化膜をエッチングし、 次に、 水酸化 力リ ゥム水溶液により、 湿式異方性エッチングする。

上記電子ビーム露光において回折格子パターンの方向を （1 1 0 ) S i基板上でく 1 1 2 >方向にしておくことで、上記パターンは湿式 異方性エッチングにより、垂直断面構造の （ 1 1 0 ) および（ 1 1 1 ) 結晶面で構成されたエッジラフネスの小さな、図 8の回折格子パター ン 1 5ような回凸形状が得られる。回折格子パターンとして電子ビー ム一括露光法を用いることにより、試料のどの位置でも同じステンシ ルマスクを用いて露光するために、寸法バラツキ 5 n m以下の均一な パターン形成が可能であった。

この標準部材の絶対寸法校正には、レーザを用いた回折角測定を用 いた。上記標準部材の 1 m m角の回折格子パターン領域 6に細く絞つ た H e— C d レーザ光を照射してその回折角からピッチ寸法 2 0 0 . 0 0 n mの値でかつ 1 n m以下の精度で求めることができた。

次に、本発明による標準部材を用いた電子ビーム測長装置の校正法 につ' 、て述べる。

図 5のように、標準部材 1 3をホルダー 1 6に搭載後、電子ビーム 測長装置の試料台 （ステージ） 1 4に載置する。 まず、 電子ビーム鏡 筒 3 4から放出される電子ビーム 3 2を、図 1に示すような回折格子 パターンを有する標準部材 1 3に照射するため、ステージ 1 4を移動 する。

十万倍の倍率で電子ビーム 3 2を、図 1に示す走査位置 Bにて走査 して、 二次電子検出器 3 3により二次電子信号波形を得る。 図 9は、 得られた二次電子信号波形 1 7を示す。この二次電子信号波形 1 7か ら回折格子のピッチ寸法 aを求める。同一標準部材上の 1 0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 2 0 0 . 0 0 n m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 万倍の倍率で同一視野内にある二つの回折格子パターンの間のピッ チ寸法 bを得る。図 9に示した二次電子信号波形 1 7がら二つの回折 格子パターン間のピッチ寸法 bが 1 0 0 . 0 5 n m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パ ターンに電子ビームを走査して二次電子信号波形を得ても、図 1に示 した回折格子 1の 1 ピッチ分が測定ビームの偏向内に収まらないの で、光学的に測定した回折格子のピッチ寸法は求められない。そこで、 図 1に示す走査位置 Bで回折格子パターンに電子ビームを走査して、 図 1 0に示すような二次電子信号波形 1 8を得た。この二次信号波形 1 8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 1 0 0 . 0 5 n mと変換することにより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、ウエノ、 1 2上に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 6 7 n mを得ることができ、設計寸法 6 5 n m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。

次に、本発明標準部材を用いた電子ビーム測長装置の自動校正法に ついて述べる。 .

図 5のように、電子ビーム測長装置の試料台に搭载された校正用の 標準部材 1 3を電子ビーム鏡筒 3 4の直下に移動し、電子ビーム 3 2 を照射する。 これにより、 校正用標準部材 1 3上の、 図 2に示すよう な試料回転補正用の左右の十字マーク 7を検出し、試料台に対する試 料パターンの回転値を求めて測長装置のメモリに記憶させる。 次に、 上記記憶した回転値に基づき試料パターンに対して水平'垂直の座標 系を補正し、試料台を移動させて、 図 1に示す回折格子パターン 1の 周囲' 4隅に配置された位置決め用の十字マーク 3を電子ビーム測長 装置の電子ビーム走査により検出し、各回折格子位置の正確な位置を 電子ビーム測長装置に登録する。このような操作を行うことにより上 記登録されたデータをもとに位置決め用の十字マーク 3を自動検出 したのち、所望の標準部材内パターンをパターン認識で検出すること によって、試料上のどの位置の回折格子パターンでも再現性良く 5 0 n m以下の精度で自動検出することができた。

次に、 回折格子パターンへの移動、 回折格子でのビーム走査、 二次 電子信号波形の取り込み、 ピッチ寸法測定、 および校正値への変換と いう校正手順を、上記位置決め手順と合わせて電子ビーム測長装置の 制御コンピュータにプログラムしておき、一連の電子ビーム測長装置 校正を自動で行うことができた。 この際、校正時にビーム照射した回 折格子パターン部の照射回数を上記プログラム中に記憶させておい て、一定の回数に達したら回折格子パターンの位置を変更するように プログラムすることができた。事前の実験で同一箇所を 1 0回以上校 正に用いると測定値に変動が見られる場合には、 同一箇所の測定を、 例えば 1 0回未満の 5回位までに制^してもよい。

このような校正を定期的に行い装置管理により性能維持した結果、 1年後にほとんどの領域のパターンを使ったので新しい標準部材と 交換することによりさらに校正管理を継続して行うことができた。 別の電子ビーム測長装置に上記標準部材を搭載したところ、上記位 置検出パターン 3が長さ 0 . 5 μ mと微細であるため位置決めのパタ ーン認識が誤作動することがあったので、一万倍程度の低倍率で位置 検出ができるように線幅 1 μ mで長さ 3 mの大きなマーク 2 0を、 図 4に示すステンシルマスク上の開口 1 9を選択した電子ビーム一 括露光法を用いたパターエングで、図 1 1に示すように回折格子パタ ーン 2 3と次の回折格子パターン間に線幅 1 μ mで長さ 3 μ mの大 きなマーク 2 0を周期的な位置に配列するパターンの標準部材' 5を 作った。 この標準部材 5を用いて、 一万倍で位置決め操作を行うこと でパターン認識誤差の無い自動校正が可能であった。 'なお、 図 1 1で は、 標準部材 5には、 説明の便宜上、 マーク 2 0と次のマーク 2 0と の間には 1個の回折格子パターンしか図示していないが、回折格子パ ターン 2 3が複数個続い 次に一回の割合で上記のマーク 2 0を周 期的に配置したパタ一ン構成としてもよい。 ―

本実施 では、 図 1に示すような回折格子パターンを用いたが、 図 6、 7に示すように、 光学的回折各測定に用いる回折格子に対してピ ツチ寸法や繰り返し方向の異なるパターン 2 1、 2 2でも同様の結果 が得られた。 '

次に、 ゥ ーハ形状を有する標準部材の実施例について述べる。 8 ィンチの ( 1 0 0 ) S i ゥヱーハ上にレジス トを塗布した後、 図 4に 示すステンシルマスク上の開口 1 0を選択して、図 1 2に示すように ゥェ一ノヽ 2 4上の 1 m m角の領域 2 7に縦方向の回折格子パターン および位置検出用マークを含んだパターン群 2 9を電子ビーム一括 露光法により露光する。 さらに、 図 4に示すステンシルマスク上の開 口 1 0 1を選択してゥエーハ上の 1 m m角の領域 2 6に横方向の回 折格子パターンおよび位置検出用マークを含んだパターン群 3 0を 電子ビーム一括露光法により露光する。 また、 図 4に示すステンシル マスク上の開口 1 0 2を選択してゥエーハ上の 1 m m角の領域 2 8 に 4 5度方向の回折格子パターンおよぴ位置検出マークを含んだパ ターン群 3 1を電子ビーム一括露光法により露光する。

次に、これらのレジス トパターンを S i ドライエッチングを用いて S i ゥエーハに深さ 0 . 1 μ mの段差を作る。 このエッチングでは 縦 ' ·横 '斜め方向の回折格子 2 9、 3 0、 3 1のいずれの断面におい ても 8 0度以上の垂直に近い段差ができた。これらのパターンを含ん だ 8インチウヱーハ状の標準部材 2 4を電子ビーム測長装置に搭載 して校正を行った。 まず、図 5のゥエーハ 1 2の位置に有る標準部材の縦方向の回折格 子パターン 2 7を、電子ビーム 3 2の直下にあるように試料台 1 4を 移動する。 五万倍の倍率で電子ビームを横方向に、 図 1に示す走査位 置 Aにて走査して二次電子信号波形を得る。 図 1 3は、 得 れた二次 電子信号波形 3 2を示す。この二次電子信号波形 3 2の各ピーク間の 間隔からそれぞれのピッチ寸法 c iから c ₅を求め、 これらの平均値 cを得る。この平均値 cを光学的回折角から求めたピッチ寸法 2 0 0 . 0 0 n mの値に変換することで、五万倍の倍率での電子ビーム測長装 置の校正がより少ないビーム走査回数でできた。

次に、図 1に示す走査位置 Bにて同じ五万倍の倍率で同一視野内に ある二つの回折格子パターンに電子ビームを走査して、図 1 4に示し た二次電子信号波形 3 3を得る。この二次電子信号波形 3 3から二つ の回折格子パターン間のピッチ寸法 dが 1 0 0 . 0 5 n mと得られた。 次に、標準部材 2 4の横方向の回折格子パターン 2 6にステージを 移動する。五万倍の倍率で電子ビームを縦方向に走査して二次電子信 号波形を得る。縦方向と同様にしてこの信号波形の各ピーク間の間隔 からそれぞれのピッチ寸法を求め、 これらの平均値 cを得る。 この平 均値を光学的回折角から求めたピッチ寸法 2 0 0 . 0 0 n mの値に変 換することで、五万倍の倍率での電子ビーム測長装置の校正がより少 ないビーム走査回数でできた。 次に、 同じ五万倍の倍率で同一視野内 にある二つの回折格子パターンに電子ビームを走査して得た二次電 子信号波形から二つの回折格子パターン間のピッチ寸法 dが 1 0 0 . 0 8 n t得られた。

さらに、標準部材 2 4の 4 5度方向の回折格子パターン 2 8にステ ージを移動する。五万倍の倍率で電子ビームを 4 5度方向に走査して 二次電子信号波形を得る。 同様に、 この信号波形の各ピーク間の間隔 からそれぞれのピッチ寸法を求め、 これらの平均値 cを得る。 の平 均値を光学的回折角から求めたピッチ寸法 2 0 0 . 0 0 n mの値に変 換することで、五万倍の倍率での電子ビーム測長装置の校正がより少 ないビーム走査回数でできた。 次に、 同じ五万倍の倍率で同一視野内 にある二つの回折格子パターンに電子ビームを走査して二次電チ信 号波形を得る。この信号波形から二つの回折格子パターン間のピッチ 寸法 dが 1 0 0 . 0 2 n mと得られた。

このよ うに、一つの標準部材で複数の方向のビーム偏向に対する寸 法校正ができた。 ゥエーハ状の標準部材を装置から取り出し、 測長し たい半導体パターンのついたゥエーハを揷入し縦方向のパターンで の五万倍での測長値はピッチ寸法 2 0 0 . 0 0 n mでの校正を用い、 それより高倍率の場合には回折格子パターン間のピッチ寸法 ( d = 1 0 0 . 0 5 n m ) により校正を行った。 同様に、 横方向や 4 5度方向 のパターンでもそれぞれの校正に基づいて正確な測長値を得られた。 この校正法では、ゥエーハ状の標準部材は装置外で保管しておき装置 校正のときに適宜電子ビーム測長装置に挿入して校正を行った。 上述した実施例では、位置検出用パターンとして十字状マークを用 いたが、本発明では、 マークの座標位置が特定できるパターンであれ ば同様の効果が得られる。

また、 上述した実施例では、 電子ビーム測長装置の校正を例に取つ て説明したが、 本発明では、 A F M (Atomi c Force Mi croscope) や S T M (Scanning Tunnel Microscope) などの走査型プローブ顕微鏡 の校正にも適用が可能である。

また、 上述した実施例では、 ホルダー搭載試料については水平方向 の測長について述べたが、同様に作製した試料を二つ直交してホルダ 一に配置させておけば縦.横の方向のパターンについての測長の校正 ができる。

以上、 詳述したように、 本発明によれば、 '光学的測定以下の寸法を 内在させることで 1 0 0 n m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、標準部材の位置検出パターンを用 いることで自動装置校正も可能である。 産業上の利用可能性

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微細 寸法の校正や自動校正が可能な電子ビーム測長技術が実現でき、次世 代半導体加工に対応した高精度測長校正が実現できる。

Claims

請 求 の 範 囲 1 .光学的手段により絶対寸法としてピッチ寸法が特定された第 1の 回折格子の配列よりなるパターンを配置した半導体部材を有し、かつ、 前記パターンは、前記第 1の回折格子の配列内の一部に、前記第 1の 回折格子とは異なる第 2の回折格子の配列を所定の周期で内在させ た構成を有することを特徴とする測長用標準部材。

2 .光学的手段により絶対寸法としてピッチ寸法が特定された第 1の 回折格子の配列よりなるパターンを配置した半導体部材を有し、かつ、 前記パターンは、前記第 1の回折格子の配列内の一部に、前記第 1の 回折格子の直線部の長さ、配列のピッチ寸法および周期的な繰り返し 方向のうち少なく ともいずれか 1つが異なる第 2の回折格子の配列 を前記第 1の回折格子の配列とは互いに平行になるように内在させ た構成を有することを'特徴とする測長用標準部材。

3 . 前記パターンは、 最小ピッチ寸法が 1 0 0 n m以下である配列パ ターンを含むことを特徴とする請求項 2記載の測長用標準部材。

4 . 前記第 1の回折格子および前記第 2の回折格子は、 それぞれ所定 の長さと幅を有し、 それぞれ所定の間隔で周期的に配列されており、 かつ、前記パターンの周辺部に前記パターンの位置を特定するための マークが配置されていることを特徴とする請求項 2記載の測長用標 準部材。

5 . 前記半導体部材は、 シリ コン基板で構成され、.かつ、 前記パター ンが前記シリコン基板の （ 1 1 0 ) 面と （ 1 1 1 ) 面の面方位の表面 を有する凹凸状のパターンであることを特徴とする請求項 2記載の 測長用標準部材。

6 .光学的手段により絶対寸法としてピッチ寸法が特定された第 1の 回折格子の配列よりなるパターンを複数個配置した半導体部材を有 し、 かつ、 前記パターンの各々は、 前記第 1の回折格子の配列内の一 部に、前記第 1の回折格子とは異なる第 2の回折格子の配列を所定の 周期で内在させた構成を有することを特徴とする測長用標準部材。

7 . 前記パターンの各々は、最小ピッチ寸法が 1 0 0 n m以下である 配列パターンを含むことを特徴とする請求項 6記載の測長用標準部 材。

8 . 前記複数個のパターンは、所定の領域内に所定の間隔で 2次元的 かつ周期的に配置され、 かつ、 隣接する前記複数個のパターン間に位 置検出用マークを配置してなる,ことを特徴とする請求項 6記載の測 長用標準部材。 - 9 . 前記半導体部材は、 シリ コン基板で構成され、 かつ、 前記パター ンが前記シリコン基板の （1 1 0 ) 面と （ 1 1 1 ) 面の面方位の表面 を有する凹凸状のパターンであることを特徴とする請求項 6記載の 測長用標準部材。

1 0 . 半導体部材面上に、 光学的手段により絶対寸法としてピッチ寸 法が特定された第 1の回折格子の配列よりなるパターンを形成する 工程を有し、 かつ、 ステンシルマスクを用いた電子ビーム一括露光法 により、前記パターンにおける前記第 1の回折格子の配列内の一部に、 前記第 1の回折格子とは異なる第 2の回折格子の配列を所定の周期 で形成する工程を設けてなることを特徴とする測長用標準部材の作 製方法。

1 1 . 形成される前記パターンは、最小ピッチ寸法が 1 0 0 n m以下 である配列パターンを含むことを特徴とする請求項 1 0記載の測長 用標準部材の作製方法。 ..

1 2 . 前記半導体部材としてシリコン基板を用い、 かつ、 形成される 前記パターンは前記シリ コン基板の （ 1 1 0) 面と （ 1 1 1 ) 面の面 方位の表面を有する HQ凸状のパターンであることを特徴とする請求 項 1 0記載の測長用標準部材の作製方法。

1 3. 電子ビームを照射し、 走査して試料の加工寸法を計測する電子 ビーム測長手段と、前記電子ビー'ムを測長用標準部材に走査して得ら れる二次電子信号波形をもとに寸法校正を行 校正手段とを有し、か つ、 前記測長用標準部材は、 半導体基板上に、 光学的手段により絶対 寸法としてピッチ寸法が特定された第 1の回折格子の配列を有し、前 記第 1の回折格子の配列内の一部に、前記第 1の回折格子とは異なる 第 2の回折格子の配列を所定の周期で内在させたパターンを有する ことを特徴とする電子ビーム測長装置。

1 4. 前記パターンは、 最小ピッチ寸法が 1 0 0 n m以下である配列 パターンを含むことを特徴とする請求項 1 3記載の電子ビーム測長 装置。

1 5. 前記半導体基板としてシリコン基板を用い、 かつ、 前記パター ンは、 前記シリコン基板の （ 1 1 0) 面と （1 1 1 ) 面の面方位の表 面を有する凹凸状のパターンであることを特徴とする請求項 1 3項 記載の測長用標準部材の作製方法。