校正用標準部材およびその作製方法並びにそれを用いた走査電子顕微鏡
【課題】 電子顕微鏡で用いられる倍率校正を自動で安定かつ高精度で行う標準部材を提供する。
【解決手段】 夫々異なる材料を交互に積層させた多層膜断面と、第一のシリコン層を挟み、前記多層膜断面と平行に配置される、複数の第一のマークパターンと、前記多層膜断面に対して、前記第一のマークパターンとは反対側に前記第一のシリコン層よりも厚さの厚い第二のシリコン層を挟んで、前記多層膜断面と平行に少なくとも一対の第二のマークパターンと、前記多層膜断面に対して第一のマークパターンおよび前記第二のマークパターンの外側にシリコン層とを同一面に有する。
【解決手段】 夫々異なる材料を交互に積層させた多層膜断面と、第一のシリコン層を挟み、前記多層膜断面と平行に配置される、複数の第一のマークパターンと、前記多層膜断面に対して、前記第一のマークパターンとは反対側に前記第一のシリコン層よりも厚さの厚い第二のシリコン層を挟んで、前記多層膜断面と平行に少なくとも一対の第二のマークパターンと、前記多層膜断面に対して第一のマークパターンおよび前記第二のマークパターンの外側にシリコン層とを同一面に有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査電子顕微鏡を校正する標準試料およびその作製方法並びにそれを用いた走査電子顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体素子は微細化が益々進んでおり、より高精度な寸法管理が必要となる。そこで、半導体製造の現場では走査電子顕微鏡を基にした電子ビーム測長装置を用いた寸法管理が行われている。この寸法管理の計測精度は、走査電子顕微鏡の倍率校正精度で決定される。
【０００３】
しかし、半導体素子の微細化に対応してより高倍率での計測を行うと、走査電子顕微鏡の視野が狭い領域になるために、倍率校正を行う標準試料のパターンも半導体パターンと同程度かそれ以上の微細性が要求される。これに対しピッチ寸法１００ｎｍ以下の微細性を有した校正試料として、特許文献１、特許文献２に示されるような多層膜試料が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２６１６８９
【特許文献２】ＷＯ２０１０／０５２８４０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の校正試料を走査電子顕微鏡の倍率校正に用いるには、以下の課題を有する。
【０００６】
校正試料として断面試料を用いる場合、多層膜パターンが在る基板表面部は断面を立てると基板端部となり段差が生じる。半導体検査に用いる走査電子顕微鏡では試料に電圧を印加して電子ビームの加速電圧を制御するため、上記段差があると段差部で局所的な表面電界分布が発生して、非点ずれが生じる。この結果、校正精度が悪化してしまう。例えば校正部の近傍１ｍｍ以内に３００μｍ以上の段差があった場合には非点ずれの影響で焦点が合わない場合が生じる。
【０００７】
この問題を解決するために、特許文献２に示されるように、同じ断面試料を接合する方法が考えられている。 このような接合試料では、以下の課題がある。
【０００８】
２枚の基板を接合する場合には、多層膜部周辺の段差をなくすために多層膜パターン側を挟んで二枚の基板を接合する。この際、両基板接合面に凹凸があると接合面に隙間が生じて接着力が低下して剥離してしまう。特に特許文献１に示されるような断面に対して垂直方向に連続した線状凹または凸パターンのマークが接合面に形成されていると剥離の危険性があり、その凹または凸パターンの大きさや本数により接着特性に大きく影響する。
【０００９】
例えばパターン凸部が平坦部より高い場合や平坦部の接触面積が５０％以下などの場合には接合が出来ない場合がある。この影響を回避する方法として凹または凸パターン上に薄膜成膜により埋め込み後、研磨により平坦化させる方法が考えられる。この場合でも埋め込み可能な薄膜成膜の膜厚に限界があり１０μｍ以上の凹または凸パターンを埋め込むことは困難である。従って良好な基板接合を実現するためには凹または凸パターンの大きさを１０μｍ以下にする必要がある。
【００１０】
第２の課題として校正パターンで走査電子顕微鏡の倍率校正を行う場合には、電子ビーム走査により校正パターン表面にコンタミネーション汚染と呼ばれる炭化物付着があり、校正パターン寸法変動が生じる課題がある。高精度な校正を実現するためには、過去に電子ビーム走査のないあるいは電子ビーム走査回数の少ない校正パターン部を選択する必要がある。このため、一つの試料でできるだけ多くの回数の校正を実現するためには校正パターン部の領域を設ける必要がある。多層膜断面を応用した校正パターンでは長さ数センチメートルに及ぶ途切れのない直線のラインアンドスペースパターンとなり、このラインアンドスペースパターンの中から過去に電子ビーム走査のないあるいは電子ビーム走査回数の少ない校正パターン部を選択して測定したピッチ寸法から校正する。このため校正箇所を特定するためには校正箇所に対応するマークが不可欠であり、特許文献１に示されるような断面に対して垂直方向に連続した線状凹または凸パターンのマークが考案されている。上記校正時の電子ビーム走査範囲の大きさは測りたいパターンの寸法に測定倍率は１０万倍以上となり、電子ビーム走査範囲の大きさは５μｍ以下となる。このため校正位置を特定するための校正箇所に対応するマークの大きさは５μｍ以下にする必要がある。
【００１１】
第３に、自動で走査電子顕微鏡の倍率校正を行う場合には、選択した校正パターンに精度良く電子ビーム走査させる必要がある。校正時の電子ビーム走査範囲の大きさは５μｍ程度であるため、選択した校正パターンへの電子ビーム走査位置決め精度は５μｍ以下が必要となる。このように位置特定のためのマークパターンの大きさが５μｍ以下と小さい必要がある。
【００１２】
一方校正に用いる標準試料の大きさは長さ１ｃｍ以上に及ぶ途切れのない直線のラインアンドスペースパターンを含むため１ｃｍ角以上の大きさになり、試料装着時の固定誤差やステージの座標誤差のため、１ｃｍ角以上校正試料部材の中の特定の５μｍ以下の上記マークを探索し特定することは困難である。
【００１３】
また５μｍ以下の上記マークを検出できたとしても一定間隔で配列されているマーク群から特定のマークを認識することは困難である。このために数百倍程度の低倍率で認識できる数十μｍ程度の大きなマークパターンが必要となるが接合表面上に形成することは接合特性上困難である。
【００１４】
第４の課題として走査電子顕微鏡の倍率は試料面の高さ位置で大きく異なるために倍率校正は測定するパターン表面と数百μｍ以内の精度で同じ高さ位置で行う必要がある。測定するパターン高さ位置はウェーハ上にあり走査電子顕微鏡のステージに固定されるとその高さの再現性は数百μｍ以内に収まるので、校正試料の高さ位置は予めステージに固定されるウェーハ上面高さに数百μｍ以内の精度であわせておく必要がある。
【００１５】
しかし分割した断面形の校正部材の場合には数百μｍ以内の精度で分割することが困難であるために分割後に高さ調整のために研磨することが必要になるが、この研磨工程を含んだ断面形校正部材上に数十μｍ程度の大きなマークパターンが必要となる。
【００１６】
本発明の目的は、電子顕微鏡で用いられる倍率校正を高精度で行うことのできる標準部材およびその作製方法並びにそれを用いた走査電子顕微鏡を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の校正用標準部材は、走査電子顕微鏡を校正する校正用標準部材であって、夫々異なる材料を交互に積層させた多層膜断面と、第一のシリコン層を挟み、多層膜断面と平行に配置される複数の第一のマークパターンと、多層膜断面に対して、第一のマークパターンとは反対側に第一のシリコン層よりも厚さの厚い第二のシリコン層を挟んで、多層膜断面と平行に少なくとも一対の第二のマークパターンと、多層膜断面に対して第一のマークパターンおよび第二のマークパターンの外側にシリコン層とを同一面に有することを特徴とする校正用標準部材である。
【００１８】
また、夫々異なる材料を第一のシリコン基板表面に交互に積層して、最上層としてシリコン層を形成する多層膜断面である第一の基板を作製する工程と、 第二のシリコン基板表面に、第一のマークパターンである複数本の溝パターンを形成するとともに、溝パターンの並びに対して外側に第三のマークパターンである十字型溝パターンを形成し、第二のシリコン基板表面全体に酸化膜を成膜した後、最上層としてシリコン層を形成する第二の基板を作成する工程と、 第一の基板を前記第二の基板より小さいサイズに切り出し、第一の基板の最上層であるシリコン層と、第二の基板の最上層であるシリコン層とを前記第三のマークパターンが露出するように接合する工程と、第三のマークパターンの位置を基準として、接合した基板の第一の基板側に第二のマークパターンである溝パターンを複数対形成する工程と、第三のマークパターンの位置を基準として、前記接合基板を切り出す工程と、切り出した接合基板の多層膜断面、第一のマークパターン、および第二のマークパターンが上面に現れるように位置固定用基板上に立て、第一のシリコン基板表面と、第二のシリコン基板を両側からシリコン製保持基板で挟み込むように貼り合せる工程と、貼り合せた接合基板の断面の高さが位置固定用基板の底面から所望の高さになるように研磨する工程と、接合基板の断面を材料選択エッチングによりラインパターンを形成するとともに、材料選択エッチングにより位置特定マークパターンである第一のマークパターンを凹凸パターンとして形成する工程とを有することを特徴とする校正用標準部材の作製方法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、正確な倍率校正を行うことができかつ常に安定した倍率校正を行うことが可能な校正用標準部材およびその作製方法並びにそれを用いた走査電子顕微鏡を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第一の実施例になる標準部材の概略図。
【図２】本発明の第一の実施例になる標準部材と保持ホルダの全体を示す図。
【図３】第一の実施例における標準部材の作製プロセスフロー図。
【図４】第一の実施例における倍率校正パターン用ウェーハの基板図。
【図５】第一の実施例における位置特定マークパターン用ウェーハの基板図。
【図６】第一の実施例におけるウェーハ接合の工程を示す図。
【図７】図６のＢ−Ｂ’断面図を示す図。
【図８】第一の実施例におけるウェーハ接合を示す図。
【図９】第一の実施例におけるウェーハ接合基板に位置特定マーク溝パターン形成の例を説明する図。
【図１０】図９のＢ−Ｂ’断面図を示す図。
【図１１】本発明の第一の実施例における、標準部材の校正部材チップ切り出し過程を説明する図。
【図１２】本発明の第一の実施例における、標準部材の校正部材組み立て過程を説明する図。
【図１３】本発明の第一の実施例における、標準部材の校正部材組み立て過程を説明する図。
【図１４】第二の実施例が適用される走査電子顕微鏡を示した概略図。
【図１５】第二の実施例が適用される走査電子顕微鏡をシステム構成示した概略図。
【図１６】第二の実施例により走査電子顕微鏡の倍率校正を行う際のフローチャート。
【図１７】本発明の第三の実施例になる標準部材の概略図。
【図１８】図１７の校正部材チップ例の断面拡大図。
【図１９】図１７の校正部材チップ例の断面拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の代表的な実施例によれば、一定ピッチ寸法の周期パターンからなる倍率校正パターンを含む第一のシリコン基板と、凹凸からなる複数の第一のマークパターンと、第一のマークパターンと座標位置関係が関連付けされた１つまたは複数の第三のマークパターンを表面に作製した倍率校正パターンを含む第一のシリコン基板より大きな第二のシリコン基板とを向かい合せて、第三のマークパターンが露出するように常温接合により接合する。次に、接合基板を接合表面に露出した第三のマークパターンを基準として、接合シリコン基板表面の第一のシリコン基板側に第二のマークパターンをダイシングにより直線溝パターンとして作製する。さらに第三のマークパターンを基準として上記直線溝パターンに直交するように上記接合基板をダイシングにより分割する。さらに分割された試料断片をチップ上に実装し、平坦になるように研磨する。さらに一定ピッチ寸法の周期パターンの片方を選択的にエッチングすることにより、段差がない平坦な試料面に一定ピッチ寸法の凹または凸周期パターンを有しかつ校正パターン位置の特定が光学顕微鏡で検出可能な大きなマークと電子顕微鏡で検出可能な小さなマークを搭載する校正用標準部材となる。
【００２２】
また、この校正用標準部材を予めＸ線回折によりその積層部の凹凸周期を求めておき電子顕微鏡に搭載する。そして上記凹凸周期を計測した結果をＸ線回折により求めた積層周期と比較することにより走査電子顕微鏡の倍率校正を行う。
【００２３】
以下、本発明に含まれる特徴的構成例について列挙する。
（１）本発明の校正用標準部材は、被検査物上の観察領域に入射電子線を走査して発生する二次電子または反射電子強度の情報から、前記観察領域内のパターンを計測する走査電子顕微鏡を校正するための校正用標準部材である。一定ピッチ寸法の凹凸周期パターンを有する基板の端部に隙間なく他の基板を接合により配置することで、一定ピッチ寸法の凹凸周期パターン部が平坦部に形成されるため段差による局所的な表面電界分布が発生せず、安定して一定ピッチ寸法の凹凸周期パターンにて倍率校正を行うことができることを特徴とする。
【００２４】
（２）前記構成の校正用標準部材において、多層膜が積層された基板断面を積層材料選択エッチングすることで作製した積層基板の垂直断面の凹凸周期からなるパターン領域を有することを特徴とする。
【００２５】
（３）前記一定ピッチ寸法の凹凸周期パターン近傍に前記周期パターンと直行する方向に一定の間隔で校正箇所を特定するための第一のマークパターンを配置し、かつ接合した基板の接合面の裏面側に第一のマークパターンと位置座標が関連付けされた第一のマークパターンよりも大きな第二のマークパターンを配置することで、長い領域に形成された前記一定ピッチ寸法の凹凸周期パターンの中から、前記大小２種類のマークパターンによって過去に電子ビーム走査のないあるいは電子ビーム走査回数の少ない校正パターン部を選択して校正することができることを特徴とする。
【００２６】
（４）前記構成の校正用標準部材において、多層膜が積層された基板の凹凸パターンのピッチ寸法がＸ線回折により求められていることを特徴とする。
【００２７】
（５）本発明の校正用標準部材の作製方法は、一定ピッチ寸法の凹凸周期パターンを有する基板の端部に隙間なく別の基板を配置させるために、二枚の基板を接着剤を用いず接合する工程を有することを特徴とする。この接合としては互いにシリコン表面、あるいは互いに酸化膜表面同士を１０００℃程度の加熱で直接接合する工程、あるいは片側の基板のいずれかが酸化膜表面でいずれかがシリコン表面で数百Vの電圧を印加しながら加熱して接合する陽極接合工程、または互いにシリコン表面、酸化膜表面のいずれかで表面を真空中においてイオンビームで活性化した後に接合する常温接合工程のいずれかの接合工程を有することを特徴とする。
【００２８】
（６）前記の校正用標準部材の作製方法において、二枚の基板接合時に校正箇所を特定するための第一のマークパターンを形成した基板を片側の基板より大きくしておき上記第一のマークパターンと位置関係が関連付けられた第三のマークパターンを第一のマークパターンを形成した基板の接合する面の周辺部に配置する工程と２枚の基板を接合時に第一のマークパターン部が片側の基板に接合され、かつ第三のマークパターン部が露出するように２枚の基板を揃えて接合する工程を有することを特徴とする。さらに上記露出した第三のマークパターンを基準座標として第一のマーク基板に接合された基板の接合面と反対側の基板表面に前記第二のマークパターンとなる線状の溝パターン、望ましくはＶ字形状の溝パターンを形成する工程と第三のマークパターンを基準座標として接合された基板を複数の校正部材片にダイシングにより分割する工程と校正部材片の高さを研磨により調整する工程を有することを特徴とする。
【００２９】
（７）前記の校正用標準部材の作製方法において、一定ピッチ寸法の周期パターンの片方を選択的にエッチングすることにより、段差がなくかつ多層膜パターンにダメージが無くかつ一定ピッチ寸法の凹凸周期パターンを有する標準部材のピッチ寸法をＸ線回折により求めておく工程を有することを特徴とする。このピッチ寸法を電子顕微鏡での測定結果と比較して、その差が略ゼロになるように電子顕微鏡の倍率校正を行う。
【００３０】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して、詳細に説明する。
【実施例１】
【００３１】
図１乃至図１３で、本発明の第一の実施例を説明する。まず、図１および図２は、本発明の第一の実施例の校正用標準部材の概略図であり、図１は校正部材の全体を示す概観図、図２は、校正部材を保持台である保持ホルダ１４に搭載した断面図である。
【００３２】
校正用標準部材１３は、多層膜が積層された第一の基板１、１１の断面を積層材料選択エッチングすることで作製した積層凹凸周期からなる積層構造部９を備えた倍率校正パターン３と、校正位置を特定するための第一のマークパターン４、１０を備えた第二の基板２、１２を複数の固定用基板６、７、８と組み合わせて構成されている。ここで多層膜が積層された第一の基板１、１１の多層膜形成部の反対側の面には一対の第二のマークパターン５が形成されている。この校正用標準部材がアルミ製の保持ホルダ１４に搭載されている。例えば、図４に示すようにシリコン基板１５、１７、２１の表面に形成したシリコン酸化膜層１９とシリコン層２０との積層構造１６である。一方、校正位置を特定するための第一のマークパターン４を有する第二の基板、１２は、図５に示すように基板２２の表面に対して水平方向に１０μｍピッチで深さ０．３μｍで幅０．３μｍの紙面に対して垂直方向に直線状に基板部をエッチングして得られた溝パターン２３、２７を有する。
【００３３】
このように、校正用標準部材１３は、異なる材料を基板表面に交互に積層させた多層膜１６を有する第一の基板（試料断片）１１と校正位置を特定するための第一のマークパターン４、１０を有する第二の試料断片１２とが接合された接合基板を備えている。
【００３４】
接合された２部材の断面は、図１、図１２、図１３の校正用標準部材に示すようにダイシングと研磨によって形成されている。その最表面の高さは保持ホルダ１４に固定し電子顕微鏡の搭載したときに測長すべきウェーハのパターン部の高さと１００μｍ以下の精度で形成されている。
【００３５】
なお、本発明において、接合とは、図６に示した２枚の相対する基板２９、３０の表面の原子配列状態において接合前に大気を挟んだ最表面原子配列と大気との不連続境界が接合後には消失し、２枚の相対する基板最表面の原子配列状態が連続した原子配列状態となる接着方法を意味する。
【００３６】
したがって、校正用標準部材１３は、校正マークパターン領域と第一のマークパターンを接続する接合部において、２枚の基板面が連続し接合面に界面が存在せず接合面を特定できない状態となる。
【００３７】
この校正用標準部材１３は、測定試料上の観察領域に入射電子線を走査して発生する二次電子または反射電子強度の情報から、前記観察領域内のパターンを計測する走査電子顕微鏡を校正するのに用いられる。第１のマークパターン４，２３、２７は、図１、図１１に示すように校正用標準部材３６の長手方向（ｘ方向）に一定の間隔１０μｍピッチで校正パターン部積層３７中央部から接合面方向（ｙ方向）に１μｍの位置に隣接して校正パターン部と実質的に同じ高さに配置されている。また、第２のマークパターン５、３１、３２は、校正用標準部材３３の長手方向（ｘ方向）に間隔１ｃｍで校正パターン基板２９の接合面と反対の面に２箇所深さ３０μｍで幅３０μｍの紙面に対して垂直方向に直線状の溝パターンであり、ダイシング刃を用いて基板部２９を研削して得られたＶ字型の溝パターンである。
【００３８】
次に、本発明の校正用標準部材１３の作製方法について述べる。まず、概要を述べる。校正用標準部材１３は、一定の積層ピッチで周期的に異なる材料を基板表面に積層させて多層膜を有する第一の基板を形成する工程と、第二の基板上に一定間隔の溝パターンからなる第一のマークパターンと該溝パターンと相対位置関係が対応した同じ基板上の第一のマークパターンの外側に第一のマークパターンより幅の大きい一対の溝パターンを形成し、これらの溝部を成膜で埋め込み平坦化する工程と、第一の基板を前記第二の基板より小さく切りだし、第一、第二の基板を多層膜の表面側と第二の基板の第一のマークパターンの形成面を第一のマークパターンより幅の大きい一対の溝パターンが露出するように接合し、接合基板を形成する接合工程と、この接合基板の露出した第一のマークパターンより幅の大きい一対の溝パターンを座標基準として接合した第一の基板の接合面と反対側の表面に第一のマークパターンと平行な直線状の複数の溝パターンを一定の間隔で形成する工程と、断面辺が露出した試料断片を形成する工程と、該試料断片とこれを保持する基板断片とを突きあわせて接着する工程と、該試料断片の断面を研磨する工程と、この断面辺において上記周期的に積層された多層膜の一方の材料を選択的にエッチングして一定ピッチ寸法を有する凹凸パターンを備えた接合断面試料を形成する工程を有する。
【００３９】
次に、校正用標準部材１３の作製方法の詳細について、図３に示すプロセスフロー及び関連する構成図（図１から図１３）に基づいて述べる。
【００４０】
まず、倍率校正パターン３用の基板１５、１７、２１を形成する（ステップＳ１０１）。図４（図４Ａ〜図４Ｃ）は、ウェーハから倍率校正パターン３用の基板を作成する過程を示す図である。図４（ａ）はシリコン基板１５の斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は、（ｂ）の矩形枠部の拡大図である。
【００４１】
シリコン基板１５は、倍率校正部となるシリコン層２０とシリコン酸化膜１９の積層構造を、各層１０ｎｍの厚さで４０層ずつスパッタ成膜にてシリコン基板１７、２１上に形成したものである。すなわち、倍率校正パターン３用のシリコン基板１５は、業界標準厚さ７２５μｍの８インチシリコン基板１７、２１上に、同じ厚さの複数のシリコン層２０と同じ厚さの複数のシリコン酸化膜層１９とが交互に積層された積層構造を有している。最後に、図４Ｃの拡大図に示すように、最上層としてシリコン層１８を、１００ｎｍの厚さでスパッタ成膜にて形成する。
【００４２】
次に、マークパターン用の基板２２を形成する（ステップＳ１０２）。
【００４３】
図５（ａ）〜（ｃ）は、ウェーハからマークパターン用の基板を作成する過程を示す図である。図５（ａ）は基板２２の斜視図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ’断面図、図５（ｃ）は、図５（ｂ）の矩形枠部の拡大図である。マークパターン４、１０を構成する溝パターン部２３、２７は、基板２２上に１０μｍ間隔で５００００本の幅０．３μｍ、深さ０．３μｍの直線状溝パターン２３、２７をリソグラフィとエッチングにより形成する。同時に上記５００００本の幅０．３μｍ、深さ０．３μｍの直線状溝パターンの外側で上記５０００本の直線状溝パターンの中心位置から溝パターンの垂直方向に上下それぞれ３ｃｍはなれた位置を中心とした幅１００μｍ、深さ０．３μｍの十字型パターン２４、２８を同じリソグラフィとエッチングにより形成する。このとき直線状溝パターンの中心位置２３、２７と十字型パターン２４、２８中心位置の作製誤差は同じリソグラフィと同一基板上に形成することで０．１μｍ以下の精度が得られた。これらの溝パターンを形成した基板全体に厚さ１μｍの酸化膜２６を成膜したのち、化学機械研磨により基板表面を平坦化する。その後、最上層としてシリコン層２５を、１００ｎｍの厚さでスパッタ成膜にて形成する。
【００４４】
次に、上記積層構造を有した基板１５を５角に切り出し正方形の基板２９とし、上記二枚の基板２９,３０を接合する（ステップＳ１０３）。図６から図９は、第一の実施例におけるウェーハ接合方法を示す図である。図６は二枚の基板２９、３０の斜視図、図７は図６のＢ−Ｂ’断面図である。二つの基板２９、３０を、図６から図８のように、マーク基板上に形成した二つの十字マーク２４、２８が露出するように、かつ二枚の基板２９、３０を図６のように、各基板の積層構造１６とマークパターン２３の表面が背中合わせになるようにして保持する。次に、これら二枚の基板２９、３０を、真空中においてイオンビームで活性化した後に接合する常温接合工程により図７のように貼り合わせる。
【００４５】
次に、接合基板の露出した十字マーク２４のそれぞれの中心位置を基準としてダイシング刃により幅３０μｍ、深さ３０μｍの直線状溝パターン３１、３２を形成する。直線状溝パターン３１と直線状溝パターン３２は互いに１ｃｍ離して1対として、複数対の溝パターンを互いに平行に形成する。このとき各溝パターン幅の中心位置が接合面内にあるいずれかのマークパターン２３の直上に来るように十字マーク２４を基準として合わせる。直線状溝パターン３１，３２の中心位置の作製誤差はダイシングの位置合わせ精度で決定され１μｍ以下の精度が得られた。その後接合基板の露出した二つの十字マークを基準として図１１および図１２のように試料片３４をダイシングにより切り出す。
【００４６】
図１１は、第一の実施例における標準部材の作製プロセスを説明する図である。まず、図１１Ａおよび図１１Ｂに示したように、貼り合わせた試料２９、３０を露出した二つの十字マーク２４を基準として所定の幅、例えば長さ１５ｍｍ、幅５ｍｍで試料片３４を切り出す（ステップＳ１０４）。
【００４７】
さらに、図１２および図１３に示したように、切り出した標準部材３４と位置固定用基板６、７、８とを接着剤で試料片のダイシング切り出し断面が表面に現れるように縦横ともに１５ｍｍ片の標準部材３４になるように貼り合わせる。貼り合わせる標準部材３４の表面はシリコンであるため、導電性、平坦性および厚さ制御の観点から、位置固定用基板６，７，８の材質もシリコンが望ましい。次に貼り合わせた標準部材の試料片の断面の高さが位置固定用基板８底面から１．４ｍｍになるように研磨する（ステップＳ１０５）。位置固定用基板６、７で資料片チップ３４を保持し、位置固定用基板８に乗せる形で広い面積で接着するので、標準部材チップ３４の設置時の傾きもなく、安定した保持が可能となる。さらに研磨時の支えとなり、研磨効率も向上する。
【００４８】
次に、標準部材３４に対して材料選択エッチングを行う（ステップＳ１０６）。具体的には選択エッチングによりシリコン酸化膜層１９を深さ２０ｎｍ程度エッチングして、ラインパターンすなわちシリコン層２０の周期的な凸パターン（倍率校正パターン９）を形成する。 選択エッチングにより他方の基板２の断面に電子顕微鏡の位置特定マーク４、１０が凹パターンとしてそれぞれ形成されている。さらに、多層膜を形成したシリコン基板１０の接合面の反対側の断面には、位置特定マークを探索するためのパターン位置識別マークパターン３１、３２が設けられている。
【００４９】
このように、倍率校正パターンを含むシリコン基板１と、位置特定マークパターンを含むシリコン基板２とが接合され、さらに、上記接合基板のダイシングされた標準部材３４の周期パターンの片方を選択的にエッチングすることにより、一定ピッチ寸法の凹凸周期パターンを有する、標準部材３４が得られる。
【００５０】
このエッチング済みの標準部材３４を、図２に示したように、所定の大きさ、例えば高さ２０ｍｍ、直径２０ｍｍの保持用ホルダ１４の縦横１．５ｃｍ、深さ１．４ｍｍの凹部に標準部材３４の表面とホルダの表面が一致するように埋め込み、導電性接着剤で貼り付ける等により固定して最終的な標準部材が完成する（ステップＳ１０７）。この保持用ホルダの表面は電子顕微鏡で測定するウェーハ上のパターン高さと一致するように設計されている。研磨による精度だしの結果測定するウェーハ上のパターン高さとの誤差は１０μｍ以下の精度が得られた。
【００５１】
次に、この標準部材３４を搭載した保持ホルダからなる標準部材を波長０．１５ｎｍのＸ線回折法による回折角度測定を行ったところ、３次以上の高次までの明解な回折光が得られ、一定ピッチのシリコン層２０の周期的な凸パターン（ラインパターン）周期としてピッチ寸法２０．０１ｎｍが得られた。このピッチ寸法は測定時にＸ線が照射された標準部材チップ３４の表面全体の上記凹凸パターン（ラインパターン）の平均値として得られたものである。このピッチ寸法が標準部材８のデータとして取得され（値付け）、記憶装置に保持される。（ステップＳ１０８）。
【００５２】
本実施例において、走査電子顕微鏡の校正倍率の時に、倍率校正パターン領域３と第1の位置特定パターン４の入射電子に対する水平距離を１μｍ以上１０μｍ以内とすることができる。また、第1の各位置特定パターン４と位置特定マークを探索するための二つのパターン位置識別マークパターン５の位置精度誤差は２μｍ以下の精度が得られた。
【００５３】
また、シリコン基板同士を、接着剤を用いない接合を用いて、かつ上記二枚の基板の面方位を合せて接合するので、接合部において二枚の基板面が連続し一枚の基板と同様なミラー面の状態、換言すると接合面に界面が存在しない状態となり、従来のように二枚の基板を接着剤で貼り合わせて形成する場合に発生する、接着剤による超格子パターンの一部が破壊され、あるいは異物となってしまうという問題の発生も皆無となる。
【００５４】
本実施例によれば、倍率校正用のパターンを垂直断面でかつ平坦な面上に配置させることが可能であり、段差部で生じる局所的な表面電界分布が発生せず、正確な倍率校正を行うことができ、低倍から高倍までの校正箇所特定に必要な大小２種類の位置特定パターンを高い精度の配置誤差で設けることで、過去に電子ビーム走査のないあるいは電子ビーム走査回数の少ない校正パターン部を自動で選択して校正することができ、電子顕微鏡で用いられる倍率校正を高精度で行う校正用標準部材を提供できる。本実施例によれば、自動による校正誤差は安定して０．０２ｎｍ程度以内とすることが可能である。
【実施例２】
【００５５】
次に、保持ホルダ１４に実施例１で作製したシリコン／シリコン酸化膜層の積層構造の断面試料１を有した標準部材３４を、走査電子顕微鏡に搭載して校正を行った例について説明する。
【００５６】
図１３は本発明による走査電子顕微鏡のステージ部分の拡大斜視図、図１４は走査電子顕微鏡のシステム構成を示した概略図、図１５は本発明により走査電子顕微鏡の倍率校正を行う際のフローチャート図である。
【００５７】
図１４、図１５に示すように、本実施例では、実施例１で述べた標準部材３４を、走査電子顕微鏡のステージ６４に搭載して走査電子顕微鏡の校正を行う。なお、このステージ６４上には、測定試料（ウェーハ）６５が積置される。また、このステージ６４には、ビーム６３の加速電圧を制御するために電圧を印加するバイアス電源６１が接続されている。光学顕微鏡６０は千倍以下の低倍率で測定位置検出を行うものである。６６は、電子ビーム照射により発生する二次電子７３を検出する電子検出器である。
【００５８】
ここで、図１５により、本発明が適用される走査電子顕微鏡の全体的な構成例について簡単に説明する。走査電子顕微鏡は、電子ビーム６３を放出する電子銃（電子源）６７、電子ビーム６３を試料上で走査するための走査偏向器７０、被測長試料６５上における電子ビームのフォーカスを調整するためのレンズ６８、７１、非点収差補正器７４、１次電子線照射により発生する二次電子７３を検出するための電子検出器７２、情報処理装置を含むＳＥＭ制御系７７等を備えている。ＳＥＭ制御系７７は、レンズ６８を制御するレンズ制御部２５１，１次電子線の走査偏向を制御するビーム偏向制御部２５２、レンズ７１を制御するレンズ制御部２５３，電子検出器７２からの出力信号を処理する二次電子信号処理部２５４、非点収差補正器７４を制御する制御器２２５０及び、被測長試料６５または標準部材８が載置されるステージ６４の移動を制御するステージ制御部２５５、低倍での試料観察位置を特定するための光学顕微鏡７８と光学イメージから特定された測定位置を電子ビーム偏向領域内に移動するためのステージおよび電子ビーム偏向位置制御を行う光学画像処理部になどにより構成される。ＳＥＭ制御系７７を構成する情報処理装置２６０は、ＳＥＭ制御部から入力される各情報ないし制御信号を演算処理するためのＣＰＵによる演算処理部（寸法演算部、寸法校正演算部）、このＣＰＵ上で動作する倍率校正処理等の種々のソフトウェアが展開されるメモリ（図示略）、測長レシピ等の情報や種々のソフトウェアが格納される外部記憶装置（校正値記憶部・校正位置記憶部、寸法記憶部）等により構成されている。情報処理装置７７には、更に、ＣＰＵによる情報処理結果が表示される表示部（波形表示部、寸法表示部、画像表示部）や、情報処理に必要な情報を情報処理装置に入力するための情報入力手段（図示略）等が接続されている。
【００５９】
次に、走査電子顕微鏡の動作について、簡単に説明する。電子銃（電子源）６７から放出された電子ビーム６３を、レンズ６８，７１および偏向器７０により、試料上で走査する。ステージ６４、７６上には、測定試料（ウエーハ）６５がある。ステージ６４には、ビーム加速電圧を制御するために電圧が印加されている。まず低倍で試料観察位置あるいは同試料上に形成された位置座標基準マークを光学顕微鏡７８で観察し光学画像処理部により特定し、光学イメージから特定された測定位置を記憶して置き試料の水平面内の座標系とステージ座標系の傾きを光学画像処理部に記憶して置き、光学イメージから特定された測定位置あるいは位置座標基準マークの座標を基にステージおよび電子ビーム偏向位置制御により測定箇所を電子ビーム偏向領域内に移動する。測定する試料上で電子ビーム照射により発生する二次電子７３を検出する電子検出器６６、７２からの信号に基づいて二次電子（もしくは反射電子）像ないし二次電子信号波形の表示および測長を行う。そのときのステージ位置は、ステージ制御部にて検知、制御される。ここで、図１５では、各演算部、制御部、表示部等は情報処理装置７７に含まれた形態であるが、必ずしも情報処理装置７７に含まれていなくてもよい。
【００６０】
次に、図１６のフローチャートに沿って、本発明により倍率校正を行う処理の手順を説明する。まず、実施例１で作製したシリコン／シリコン酸化膜層の積層凹凸構造断面試料３４、６１をホルダ１４、６２に有した標準部材をステージ６４上に搭載する。そして、ステージ６４により光学顕微鏡７８の下に標準部材を移動する。第一の所定の倍率、例えば二百倍の低倍率で試料上の二つのパターン位置判別マーク３１、３２を検出する（ステップＳ２０１）。ホルダ１４に有した標準部材３４のパターン位置判別マーク３１、３２のステージに対する位置誤差は０．５ｍｍ程度であるが、二百倍の低倍率での視野１ｍｍ内に溝幅が入りかつ溝幅の大きさが３０μｍと大きいので視野内での大きさが二百倍では６ｍｍと十分に認識可能な大きさでありかつ二つのパターン位置判別マーク３１、３２は深溝パターンであるので光学像のコントラストが高く光学画像処理部でのマーク検出率は９０％以上であった。さらに多層膜および二つのパターン位置判別マーク３１、３２は深溝パターンを形成する基板１７として両面研磨基板をすることでパターン位置判別マーク３１、３２を形成する表面も研磨面となる。通常の基板裏面の凹凸が１μｍ程度であったものが研磨面とすることで凹凸が１μｍ以下となるために断面での深さ、溝幅３０μｍのパターン位置判別マーク３１、３２の判別率はさらに向上しマーク検出率は９９％以上であった。また、パターン位置判別マーク３１、３２の溝形状をＶ字形状とすることで、Ｖ字の頂点部分を基準座標として容易に検出することが可能である。
【００６１】
次に、これらの二つのパターン位置判別マークからパターン位置判別マーク座標と標準部材の校正パターンのステージ座標に対する回転傾きを求める（ステップＳ２０２）。ステージの座標系と上記二つのパターン位置判別マークとの回転傾きは時計方向に０．５度であった。上記ホルダ６０をステージに固定する場合の回転誤差は１度程度発生し、この回転誤差はホルダを固定するたびに異なる。次に、パターン位置判別マーク座標と標準部材の校正パターンのステージ座標に対する回転傾きから、過去に電子ビーム走査のないあるいは電子ビーム走査回数の少ない校正パターン部のパターン位置判別マーク座標を算出して、ステージ移動により過去に電子ビーム走査のないあるいは電子ビーム走査回数の少ない校正パターン部のパターン位置判別マークを十万倍以上の高倍率の電子ビーム偏向領域内に移動させる（ステップＳ２０３）。このときパターン位置判別マークとパターン位置判別マークの回転誤差は同位置基板上に形成されているので０度である。また位置誤差はダイシング時の研削位置誤差１μｍ
以下である。このために十万倍の倍率で電子ビームを標準部材８上で走査すると電子ビーム走査による視野２μｍの中に特定のパターン位置判別マークを捕らえることが可能であった。またパターン位置判別マークは隣同士１０μｍピッチで配列されているので隣のパターン位置判別マークを検出することはない。過去に電子ビーム走査のない校正パターン部のパターン位置判別マークを指定するには、外部記憶部の校正位置記憶部に登録されていないパターン位置判別マークを選択すればよい。
【００６２】
このようにして自動で過去に電子ビーム走査のない校正パターン部のパターン位置判別マークビームを間違いなく特定できる。パターン位置判別マークを検出したら同マークから一定距離（ここでは１．５μｍとする）離れた位置にある校正パターン部にステージまたは電子ビーム偏向により電子ビーム偏向中心を移動する。この校正での電子ビームの加速電圧は、例えば、５００Ｖになるようにステージ６４にマイナス１.５ｋＶの電圧が印加されている。このように上記の手順でステージ制御部と電子ビーム偏向制御部によりシリコン/シリコン酸化膜層の積層凹凸１４をビーム直下に位置させる（ステップＳ２０４）。このとき校正に用いるパターン位置判別マーク座標は記憶装置に記憶しておく。
【００６３】
一定ピッチ寸法のシリコン/シリコン酸化膜層の積層凹凸の校正パターンに電子ビームを走査することにより得られた二次電子信号処理部を通して得られる波形表示部の二次電子信号波形から寸法演算部においてピッチ寸法を求めた（ステップＳ２０５）。この測定を一定ピッチ寸法のシリコン/シリコン酸化膜層の積層凹凸の校正パターン９の異なる位置で２０点測定を繰り返した。次に、上記測定で得られた２０点のピッチ寸法の平均値２０.１０ｎｍを寸法値記憶部に記憶した（ステップＳ２０６）。次に、寸法校正演算部により寸法演算部で求めたピッチ寸法と、予めＸ線回折法で求められ寸法値記憶部に記憶されたピッチ寸法２０.０１ｎｍとを比較して、ビームによる測定値の校正係数を決定し、その差が０になるようにビーム偏向制御部に補正を行い、その校正係数を校正値記憶部に記憶した（ステップＳ２０７）。
【００６４】
一方、試料ステージ６４を駆動して測定ウェーハ６５上のパターンを測長し、校正値記憶部にある上記校正係数から上記測長値を校正して、寸法表示部、画像表示部で表示し、記憶した（ステップＳ２０８）。
【００６５】
ホルダ１４の表面と二つのシリコン/シリコン酸化膜層の積層断面構造１３の表面は１μｍ以内の段差で略同一平面であることから、ステージに印加されているマイナス１．５ｋＶの電圧による表面電界の乱れがなく、校正精度は０．０２ｎｍ以下が得られた。ビーム照射をした校正部にはコンタミネーション付着による寸法変動の恐れがあるために、次の校正の機会には、校正に使用した校正部近傍にある位置特定マークの位置座標を校正時に記憶してあるので、標準部材を取り外したり、ステージの座標原点がずれた場合でも、この座標を元にまだ未使用の校正パターンを用いることで常に安定した装置校正が可能となった。
【００６６】
これに対して、従来技術の標準部材の場合には、数百倍で検出可能な位置特定マークがないために、自動測定に十分な校正位置特定が出来なかった。このため、ステージ絶対座標がドリフトにより変動したり、校正試料を搭載した直後や一度取り外した後、再度搭載させた場合には、数万倍で検出される位置特定マークを人間が登録しなおしておく必要がある。この方法では位置特定マークの指定間違いやステージ座標変動により一度使用した校正位置を登録しておいても隣の位置特定マークとの区別が出来ない。校正箇所の管理は不確定のものとなる。
【００６７】
本発明の実施例によれば、倍率校正用のパターンと大小2種類の位置特定マークを平坦な面上に配置させることが可能であり、段差部で生じる局所的な表面電界分布が発生せず、正確な倍率校正と校正箇所の特定を行うことができるので電子顕微鏡で用いられる倍率校正を高精度で行うことができる。さらに大小２種類の位置特定マークを基板の反対表面に配置できるので小さい位置特定マークパターンの配列領域の制限されず多くの小さい位置特定マークパターンの配列できるために特定できる校正箇所の数も多くとることが可能となる。
【００６８】
なお、本発明による標準部材は、図１４に示した測長用の走査電子顕微鏡に限らず、他の電子線装置にも応用できることは言うまでも無い。
【実施例３】
【００６９】
上記実施例では、標準部材に一方向のみの校正パターンを有した例を説明したが、電子顕微鏡で観察するパターンでは半導体デバイスを代表として縦横にパターンがあるのでこれらの縦横パターンを測長する場合には、縦横方向に校正パターンを有した標準部材が必要となる。図１７に縦横方向に校正パターンを有した標準部材の例を示す。上記実施例１と同様の作製法を用いて作製した図１８に示した長さ１５ｍｍおよび１０ｍｍに切り出した二つの試料片７９、８０と保持基板８３とを接着剤で試料片のダイシング切り出し断面が表面に現れるようにかつ二つの試料片７９、８０が互いに直交するように縦横ともに１５ｍｍ片の標準部材になるように貼り合わせる。次に貼り合わせた標準部材の試料片の断面の高さが位置固定用基板８底面から１．４ｍｍになるように研磨する。
【００７０】
次に、上記実施例１と同様に標準部材チップに対して材料選択エッチングを行い周期的な凸パターン（倍率校正パターン）を形成する。 選択エッチングにより他方の基板２の断面に電子顕微鏡の位置特定マークが凹パターンとしてそれぞれ形成されている。さらに、多層膜を形成したシリコン基板の接合面の反対側の断面には、位置特定マークを探索するためのパターン位置識別マークパターン８１、８２がそれぞれ設けられている。
【００７１】
次に、実施例１と同様にX線を用いて直交するように配置した縦横の周期的な凸パターン（倍率校正パターン）のピッチがそれぞれ計測された標準部材チップを貼り付けたホルダを実施例1と同様にステージ６４上に搭載する。実施例1と同じ手順で縦方向の試料片７９上の倍率校正パターンにより縦方向の試料片７９上の倍率校正パターンにより電子ビーム装置の倍率校正を行うが、この場合の校正は倍率校正パターンに垂直方向の電子ビーム偏向の倍率校正が可能となる。このため、校正パターンと同様の方向の測定パターンに対しては高精度な測長が可能になるが、これに直交するパターンに対しては横方向の試料片８０上の倍率校正パターンにより電子ビーム装置の倍率校正を行うことにより同様の高精度でパターン測長が可能となる。横方向の試料片８０上の倍率校正パターンによる校正は縦方向の試料片７９上の倍率校正パターンによる校正と同様以下の手順で行う。ステージ６４により光学顕微鏡７８の下に標準部材を移動する。第１の所定の倍率、例えば二百倍の低倍率で試料上の二つのパターン位置判別マーク８４を検出する。縦方向の試料片７９に対して横方向の試料片８０は組み立て精度は直交となる90度に対して1度程度の回転が生じるが、ホルダ１４に有した標準部材のパターン位置判別マークは二百倍で十分に認識可能でありマーク検出率は９０％以上であった。次に、横方向の試料片８０のパターン位置判別マークから横方向の試料片８０の校正パターンのステージ座標に対する回転傾きを求め、パターン位置判別マーク座標と標準部材の校正パターン８５のステージ座標に対する回転傾きから、過去に電子ビーム走査のないあるいは電子ビーム走査回数の少ない校正パターン部のパターン位置判別マーク座標８６を算出して、ステージ移動により過去に電子ビーム走査のないあるいは電子ビーム走査回数の少ない校正パターン部のパターン位置判別マークを十万倍以上の高倍率の電子ビーム偏向領域内に移動させ、次に校正パターンをビーム直下に位置させ倍率校正を行うことで、縦・横両パターンに対して校正精度０.０２ｎｍ以下が得られた。
【００７２】
上記例で用いた電子ビーム装置のステージ位置精度は７μｍ以下であったために、パターン位置判別マークは隣同士１０μｍピッチで配列されているので隣のパターン位置判別マークを検出することはない。しかしながら１０μｍ以上のテージ位置精度の電子ビーム装置では目標としている隣のパターン位置判別マークを誤検出する危険性がある。そこでこの課題を解決するために図１９に示すようなパターン位置判別マーク配列を用いる。試料片の校正パターン８８とパターン位置判別マーク（第二のマークパターン）８７のピッチ寸法は各々同じであるが、パターン位置判別マーク（第一のマークパターン）８９のパターン配列は隣同士１０μｍピッチで３つ連続して配列されたものをパターングループとして各グループが４０μｍピッチで配列されている。このため２０μｍのステージ位置精度の電子ビーム装置でもパターングループを誤検出することなく、そのグループ内の特定のパターン位置判別マークには電子ビーム偏向によりビーム移動させる。ビーム偏向精度は１μｍ以下であるので、ステージ位置精度の低い電子ビーム装置でも高精度な校正が可能であった。
【符号の説明】
【００７３】
１、１１、２９…多層膜基板（第一の基板）、２、１２、２２、３０…マーク形成基板（第二の基板）、３…校正パターン、４、５、１０、８６、８９…マークパターン、６、７、８、８３…固定用基板、９、１６、３７、８５、８８…積層構造部、１３…校正用標準部材、１４、６２…保持ホルダ、１５、１７、２１、２２…基板、１９、２６…シリコン酸化膜層、１８、２０、２５…シリコン層、２３、２７、３１、３２、８１、８２、８４、８７…マークパターン（溝パターン）、２４、２８…十字パターン、３３、７９、８０…試料片、３４、６１、７５…標準部材、６０、７８…光学顕微鏡、６７…電子銃、６３、６９…電子ビーム、６８、７１…レンズ、７０…偏向器、６４、７６…ステージ、６５、７４…測定ウェーハ試料、６６、７２…検出器、７３…二次電子または反射電子、７７…情報処理装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査電子顕微鏡を校正する標準試料およびその作製方法並びにそれを用いた走査電子顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体素子は微細化が益々進んでおり、より高精度な寸法管理が必要となる。そこで、半導体製造の現場では走査電子顕微鏡を基にした電子ビーム測長装置を用いた寸法管理が行われている。この寸法管理の計測精度は、走査電子顕微鏡の倍率校正精度で決定される。
【０００３】
しかし、半導体素子の微細化に対応してより高倍率での計測を行うと、走査電子顕微鏡の視野が狭い領域になるために、倍率校正を行う標準試料のパターンも半導体パターンと同程度かそれ以上の微細性が要求される。これに対しピッチ寸法１００ｎｍ以下の微細性を有した校正試料として、特許文献１、特許文献２に示されるような多層膜試料が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２６１６８９
【特許文献２】ＷＯ２０１０／０５２８４０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の校正試料を走査電子顕微鏡の倍率校正に用いるには、以下の課題を有する。
【０００６】
校正試料として断面試料を用いる場合、多層膜パターンが在る基板表面部は断面を立てると基板端部となり段差が生じる。半導体検査に用いる走査電子顕微鏡では試料に電圧を印加して電子ビームの加速電圧を制御するため、上記段差があると段差部で局所的な表面電界分布が発生して、非点ずれが生じる。この結果、校正精度が悪化してしまう。例えば校正部の近傍１ｍｍ以内に３００μｍ以上の段差があった場合には非点ずれの影響で焦点が合わない場合が生じる。
【０００７】
この問題を解決するために、特許文献２に示されるように、同じ断面試料を接合する方法が考えられている。 このような接合試料では、以下の課題がある。
【０００８】
２枚の基板を接合する場合には、多層膜部周辺の段差をなくすために多層膜パターン側を挟んで二枚の基板を接合する。この際、両基板接合面に凹凸があると接合面に隙間が生じて接着力が低下して剥離してしまう。特に特許文献１に示されるような断面に対して垂直方向に連続した線状凹または凸パターンのマークが接合面に形成されていると剥離の危険性があり、その凹または凸パターンの大きさや本数により接着特性に大きく影響する。
【０００９】
例えばパターン凸部が平坦部より高い場合や平坦部の接触面積が５０％以下などの場合には接合が出来ない場合がある。この影響を回避する方法として凹または凸パターン上に薄膜成膜により埋め込み後、研磨により平坦化させる方法が考えられる。この場合でも埋め込み可能な薄膜成膜の膜厚に限界があり１０μｍ以上の凹または凸パターンを埋め込むことは困難である。従って良好な基板接合を実現するためには凹または凸パターンの大きさを１０μｍ以下にする必要がある。
【００１０】
第２の課題として校正パターンで走査電子顕微鏡の倍率校正を行う場合には、電子ビーム走査により校正パターン表面にコンタミネーション汚染と呼ばれる炭化物付着があり、校正パターン寸法変動が生じる課題がある。高精度な校正を実現するためには、過去に電子ビーム走査のないあるいは電子ビーム走査回数の少ない校正パターン部を選択する必要がある。このため、一つの試料でできるだけ多くの回数の校正を実現するためには校正パターン部の領域を設ける必要がある。多層膜断面を応用した校正パターンでは長さ数センチメートルに及ぶ途切れのない直線のラインアンドスペースパターンとなり、このラインアンドスペースパターンの中から過去に電子ビーム走査のないあるいは電子ビーム走査回数の少ない校正パターン部を選択して測定したピッチ寸法から校正する。このため校正箇所を特定するためには校正箇所に対応するマークが不可欠であり、特許文献１に示されるような断面に対して垂直方向に連続した線状凹または凸パターンのマークが考案されている。上記校正時の電子ビーム走査範囲の大きさは測りたいパターンの寸法に測定倍率は１０万倍以上となり、電子ビーム走査範囲の大きさは５μｍ以下となる。このため校正位置を特定するための校正箇所に対応するマークの大きさは５μｍ以下にする必要がある。
【００１１】
第３に、自動で走査電子顕微鏡の倍率校正を行う場合には、選択した校正パターンに精度良く電子ビーム走査させる必要がある。校正時の電子ビーム走査範囲の大きさは５μｍ程度であるため、選択した校正パターンへの電子ビーム走査位置決め精度は５μｍ以下が必要となる。このように位置特定のためのマークパターンの大きさが５μｍ以下と小さい必要がある。
【００１２】
一方校正に用いる標準試料の大きさは長さ１ｃｍ以上に及ぶ途切れのない直線のラインアンドスペースパターンを含むため１ｃｍ角以上の大きさになり、試料装着時の固定誤差やステージの座標誤差のため、１ｃｍ角以上校正試料部材の中の特定の５μｍ以下の上記マークを探索し特定することは困難である。
【００１３】
また５μｍ以下の上記マークを検出できたとしても一定間隔で配列されているマーク群から特定のマークを認識することは困難である。このために数百倍程度の低倍率で認識できる数十μｍ程度の大きなマークパターンが必要となるが接合表面上に形成することは接合特性上困難である。
【００１４】
第４の課題として走査電子顕微鏡の倍率は試料面の高さ位置で大きく異なるために倍率校正は測定するパターン表面と数百μｍ以内の精度で同じ高さ位置で行う必要がある。測定するパターン高さ位置はウェーハ上にあり走査電子顕微鏡のステージに固定されるとその高さの再現性は数百μｍ以内に収まるので、校正試料の高さ位置は予めステージに固定されるウェーハ上面高さに数百μｍ以内の精度であわせておく必要がある。
【００１５】
しかし分割した断面形の校正部材の場合には数百μｍ以内の精度で分割することが困難であるために分割後に高さ調整のために研磨することが必要になるが、この研磨工程を含んだ断面形校正部材上に数十μｍ程度の大きなマークパターンが必要となる。
【００１６】
本発明の目的は、電子顕微鏡で用いられる倍率校正を高精度で行うことのできる標準部材およびその作製方法並びにそれを用いた走査電子顕微鏡を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の校正用標準部材は、走査電子顕微鏡を校正する校正用標準部材であって、夫々異なる材料を交互に積層させた多層膜断面と、第一のシリコン層を挟み、多層膜断面と平行に配置される複数の第一のマークパターンと、多層膜断面に対して、第一のマークパターンとは反対側に第一のシリコン層よりも厚さの厚い第二のシリコン層を挟んで、多層膜断面と平行に少なくとも一対の第二のマークパターンと、多層膜断面に対して第一のマークパターンおよび第二のマークパターンの外側にシリコン層とを同一面に有することを特徴とする校正用標準部材である。
【００１８】
また、夫々異なる材料を第一のシリコン基板表面に交互に積層して、最上層としてシリコン層を形成する多層膜断面である第一の基板を作製する工程と、 第二のシリコン基板表面に、第一のマークパターンである複数本の溝パターンを形成するとともに、溝パターンの並びに対して外側に第三のマークパターンである十字型溝パターンを形成し、第二のシリコン基板表面全体に酸化膜を成膜した後、最上層としてシリコン層を形成する第二の基板を作成する工程と、 第一の基板を前記第二の基板より小さいサイズに切り出し、第一の基板の最上層であるシリコン層と、第二の基板の最上層であるシリコン層とを前記第三のマークパターンが露出するように接合する工程と、第三のマークパターンの位置を基準として、接合した基板の第一の基板側に第二のマークパターンである溝パターンを複数対形成する工程と、第三のマークパターンの位置を基準として、前記接合基板を切り出す工程と、切り出した接合基板の多層膜断面、第一のマークパターン、および第二のマークパターンが上面に現れるように位置固定用基板上に立て、第一のシリコン基板表面と、第二のシリコン基板を両側からシリコン製保持基板で挟み込むように貼り合せる工程と、貼り合せた接合基板の断面の高さが位置固定用基板の底面から所望の高さになるように研磨する工程と、接合基板の断面を材料選択エッチングによりラインパターンを形成するとともに、材料選択エッチングにより位置特定マークパターンである第一のマークパターンを凹凸パターンとして形成する工程とを有することを特徴とする校正用標準部材の作製方法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、正確な倍率校正を行うことができかつ常に安定した倍率校正を行うことが可能な校正用標準部材およびその作製方法並びにそれを用いた走査電子顕微鏡を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第一の実施例になる標準部材の概略図。
【図２】本発明の第一の実施例になる標準部材と保持ホルダの全体を示す図。
【図３】第一の実施例における標準部材の作製プロセスフロー図。
【図４】第一の実施例における倍率校正パターン用ウェーハの基板図。
【図５】第一の実施例における位置特定マークパターン用ウェーハの基板図。
【図６】第一の実施例におけるウェーハ接合の工程を示す図。
【図７】図６のＢ−Ｂ’断面図を示す図。
【図８】第一の実施例におけるウェーハ接合を示す図。
【図９】第一の実施例におけるウェーハ接合基板に位置特定マーク溝パターン形成の例を説明する図。
【図１０】図９のＢ−Ｂ’断面図を示す図。
【図１１】本発明の第一の実施例における、標準部材の校正部材チップ切り出し過程を説明する図。
【図１２】本発明の第一の実施例における、標準部材の校正部材組み立て過程を説明する図。
【図１３】本発明の第一の実施例における、標準部材の校正部材組み立て過程を説明する図。
【図１４】第二の実施例が適用される走査電子顕微鏡を示した概略図。
【図１５】第二の実施例が適用される走査電子顕微鏡をシステム構成示した概略図。
【図１６】第二の実施例により走査電子顕微鏡の倍率校正を行う際のフローチャート。
【図１７】本発明の第三の実施例になる標準部材の概略図。
【図１８】図１７の校正部材チップ例の断面拡大図。
【図１９】図１７の校正部材チップ例の断面拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の代表的な実施例によれば、一定ピッチ寸法の周期パターンからなる倍率校正パターンを含む第一のシリコン基板と、凹凸からなる複数の第一のマークパターンと、第一のマークパターンと座標位置関係が関連付けされた１つまたは複数の第三のマークパターンを表面に作製した倍率校正パターンを含む第一のシリコン基板より大きな第二のシリコン基板とを向かい合せて、第三のマークパターンが露出するように常温接合により接合する。次に、接合基板を接合表面に露出した第三のマークパターンを基準として、接合シリコン基板表面の第一のシリコン基板側に第二のマークパターンをダイシングにより直線溝パターンとして作製する。さらに第三のマークパターンを基準として上記直線溝パターンに直交するように上記接合基板をダイシングにより分割する。さらに分割された試料断片をチップ上に実装し、平坦になるように研磨する。さらに一定ピッチ寸法の周期パターンの片方を選択的にエッチングすることにより、段差がない平坦な試料面に一定ピッチ寸法の凹または凸周期パターンを有しかつ校正パターン位置の特定が光学顕微鏡で検出可能な大きなマークと電子顕微鏡で検出可能な小さなマークを搭載する校正用標準部材となる。
【００２２】
また、この校正用標準部材を予めＸ線回折によりその積層部の凹凸周期を求めておき電子顕微鏡に搭載する。そして上記凹凸周期を計測した結果をＸ線回折により求めた積層周期と比較することにより走査電子顕微鏡の倍率校正を行う。
【００２３】
以下、本発明に含まれる特徴的構成例について列挙する。
（１）本発明の校正用標準部材は、被検査物上の観察領域に入射電子線を走査して発生する二次電子または反射電子強度の情報から、前記観察領域内のパターンを計測する走査電子顕微鏡を校正するための校正用標準部材である。一定ピッチ寸法の凹凸周期パターンを有する基板の端部に隙間なく他の基板を接合により配置することで、一定ピッチ寸法の凹凸周期パターン部が平坦部に形成されるため段差による局所的な表面電界分布が発生せず、安定して一定ピッチ寸法の凹凸周期パターンにて倍率校正を行うことができることを特徴とする。
【００２４】
（２）前記構成の校正用標準部材において、多層膜が積層された基板断面を積層材料選択エッチングすることで作製した積層基板の垂直断面の凹凸周期からなるパターン領域を有することを特徴とする。
【００２５】
（３）前記一定ピッチ寸法の凹凸周期パターン近傍に前記周期パターンと直行する方向に一定の間隔で校正箇所を特定するための第一のマークパターンを配置し、かつ接合した基板の接合面の裏面側に第一のマークパターンと位置座標が関連付けされた第一のマークパターンよりも大きな第二のマークパターンを配置することで、長い領域に形成された前記一定ピッチ寸法の凹凸周期パターンの中から、前記大小２種類のマークパターンによって過去に電子ビーム走査のないあるいは電子ビーム走査回数の少ない校正パターン部を選択して校正することができることを特徴とする。
【００２６】
（４）前記構成の校正用標準部材において、多層膜が積層された基板の凹凸パターンのピッチ寸法がＸ線回折により求められていることを特徴とする。
【００２７】
（５）本発明の校正用標準部材の作製方法は、一定ピッチ寸法の凹凸周期パターンを有する基板の端部に隙間なく別の基板を配置させるために、二枚の基板を接着剤を用いず接合する工程を有することを特徴とする。この接合としては互いにシリコン表面、あるいは互いに酸化膜表面同士を１０００℃程度の加熱で直接接合する工程、あるいは片側の基板のいずれかが酸化膜表面でいずれかがシリコン表面で数百Vの電圧を印加しながら加熱して接合する陽極接合工程、または互いにシリコン表面、酸化膜表面のいずれかで表面を真空中においてイオンビームで活性化した後に接合する常温接合工程のいずれかの接合工程を有することを特徴とする。
【００２８】
（６）前記の校正用標準部材の作製方法において、二枚の基板接合時に校正箇所を特定するための第一のマークパターンを形成した基板を片側の基板より大きくしておき上記第一のマークパターンと位置関係が関連付けられた第三のマークパターンを第一のマークパターンを形成した基板の接合する面の周辺部に配置する工程と２枚の基板を接合時に第一のマークパターン部が片側の基板に接合され、かつ第三のマークパターン部が露出するように２枚の基板を揃えて接合する工程を有することを特徴とする。さらに上記露出した第三のマークパターンを基準座標として第一のマーク基板に接合された基板の接合面と反対側の基板表面に前記第二のマークパターンとなる線状の溝パターン、望ましくはＶ字形状の溝パターンを形成する工程と第三のマークパターンを基準座標として接合された基板を複数の校正部材片にダイシングにより分割する工程と校正部材片の高さを研磨により調整する工程を有することを特徴とする。
【００２９】
（７）前記の校正用標準部材の作製方法において、一定ピッチ寸法の周期パターンの片方を選択的にエッチングすることにより、段差がなくかつ多層膜パターンにダメージが無くかつ一定ピッチ寸法の凹凸周期パターンを有する標準部材のピッチ寸法をＸ線回折により求めておく工程を有することを特徴とする。このピッチ寸法を電子顕微鏡での測定結果と比較して、その差が略ゼロになるように電子顕微鏡の倍率校正を行う。
【００３０】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して、詳細に説明する。
【実施例１】
【００３１】
図１乃至図１３で、本発明の第一の実施例を説明する。まず、図１および図２は、本発明の第一の実施例の校正用標準部材の概略図であり、図１は校正部材の全体を示す概観図、図２は、校正部材を保持台である保持ホルダ１４に搭載した断面図である。
【００３２】
校正用標準部材１３は、多層膜が積層された第一の基板１、１１の断面を積層材料選択エッチングすることで作製した積層凹凸周期からなる積層構造部９を備えた倍率校正パターン３と、校正位置を特定するための第一のマークパターン４、１０を備えた第二の基板２、１２を複数の固定用基板６、７、８と組み合わせて構成されている。ここで多層膜が積層された第一の基板１、１１の多層膜形成部の反対側の面には一対の第二のマークパターン５が形成されている。この校正用標準部材がアルミ製の保持ホルダ１４に搭載されている。例えば、図４に示すようにシリコン基板１５、１７、２１の表面に形成したシリコン酸化膜層１９とシリコン層２０との積層構造１６である。一方、校正位置を特定するための第一のマークパターン４を有する第二の基板、１２は、図５に示すように基板２２の表面に対して水平方向に１０μｍピッチで深さ０．３μｍで幅０．３μｍの紙面に対して垂直方向に直線状に基板部をエッチングして得られた溝パターン２３、２７を有する。
【００３３】
このように、校正用標準部材１３は、異なる材料を基板表面に交互に積層させた多層膜１６を有する第一の基板（試料断片）１１と校正位置を特定するための第一のマークパターン４、１０を有する第二の試料断片１２とが接合された接合基板を備えている。
【００３４】
接合された２部材の断面は、図１、図１２、図１３の校正用標準部材に示すようにダイシングと研磨によって形成されている。その最表面の高さは保持ホルダ１４に固定し電子顕微鏡の搭載したときに測長すべきウェーハのパターン部の高さと１００μｍ以下の精度で形成されている。
【００３５】
なお、本発明において、接合とは、図６に示した２枚の相対する基板２９、３０の表面の原子配列状態において接合前に大気を挟んだ最表面原子配列と大気との不連続境界が接合後には消失し、２枚の相対する基板最表面の原子配列状態が連続した原子配列状態となる接着方法を意味する。
【００３６】
したがって、校正用標準部材１３は、校正マークパターン領域と第一のマークパターンを接続する接合部において、２枚の基板面が連続し接合面に界面が存在せず接合面を特定できない状態となる。
【００３７】
この校正用標準部材１３は、測定試料上の観察領域に入射電子線を走査して発生する二次電子または反射電子強度の情報から、前記観察領域内のパターンを計測する走査電子顕微鏡を校正するのに用いられる。第１のマークパターン４，２３、２７は、図１、図１１に示すように校正用標準部材３６の長手方向（ｘ方向）に一定の間隔１０μｍピッチで校正パターン部積層３７中央部から接合面方向（ｙ方向）に１μｍの位置に隣接して校正パターン部と実質的に同じ高さに配置されている。また、第２のマークパターン５、３１、３２は、校正用標準部材３３の長手方向（ｘ方向）に間隔１ｃｍで校正パターン基板２９の接合面と反対の面に２箇所深さ３０μｍで幅３０μｍの紙面に対して垂直方向に直線状の溝パターンであり、ダイシング刃を用いて基板部２９を研削して得られたＶ字型の溝パターンである。
【００３８】
次に、本発明の校正用標準部材１３の作製方法について述べる。まず、概要を述べる。校正用標準部材１３は、一定の積層ピッチで周期的に異なる材料を基板表面に積層させて多層膜を有する第一の基板を形成する工程と、第二の基板上に一定間隔の溝パターンからなる第一のマークパターンと該溝パターンと相対位置関係が対応した同じ基板上の第一のマークパターンの外側に第一のマークパターンより幅の大きい一対の溝パターンを形成し、これらの溝部を成膜で埋め込み平坦化する工程と、第一の基板を前記第二の基板より小さく切りだし、第一、第二の基板を多層膜の表面側と第二の基板の第一のマークパターンの形成面を第一のマークパターンより幅の大きい一対の溝パターンが露出するように接合し、接合基板を形成する接合工程と、この接合基板の露出した第一のマークパターンより幅の大きい一対の溝パターンを座標基準として接合した第一の基板の接合面と反対側の表面に第一のマークパターンと平行な直線状の複数の溝パターンを一定の間隔で形成する工程と、断面辺が露出した試料断片を形成する工程と、該試料断片とこれを保持する基板断片とを突きあわせて接着する工程と、該試料断片の断面を研磨する工程と、この断面辺において上記周期的に積層された多層膜の一方の材料を選択的にエッチングして一定ピッチ寸法を有する凹凸パターンを備えた接合断面試料を形成する工程を有する。
【００３９】
次に、校正用標準部材１３の作製方法の詳細について、図３に示すプロセスフロー及び関連する構成図（図１から図１３）に基づいて述べる。
【００４０】
まず、倍率校正パターン３用の基板１５、１７、２１を形成する（ステップＳ１０１）。図４（図４Ａ〜図４Ｃ）は、ウェーハから倍率校正パターン３用の基板を作成する過程を示す図である。図４（ａ）はシリコン基板１５の斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は、（ｂ）の矩形枠部の拡大図である。
【００４１】
シリコン基板１５は、倍率校正部となるシリコン層２０とシリコン酸化膜１９の積層構造を、各層１０ｎｍの厚さで４０層ずつスパッタ成膜にてシリコン基板１７、２１上に形成したものである。すなわち、倍率校正パターン３用のシリコン基板１５は、業界標準厚さ７２５μｍの８インチシリコン基板１７、２１上に、同じ厚さの複数のシリコン層２０と同じ厚さの複数のシリコン酸化膜層１９とが交互に積層された積層構造を有している。最後に、図４Ｃの拡大図に示すように、最上層としてシリコン層１８を、１００ｎｍの厚さでスパッタ成膜にて形成する。
【００４２】
次に、マークパターン用の基板２２を形成する（ステップＳ１０２）。
【００４３】
図５（ａ）〜（ｃ）は、ウェーハからマークパターン用の基板を作成する過程を示す図である。図５（ａ）は基板２２の斜視図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ’断面図、図５（ｃ）は、図５（ｂ）の矩形枠部の拡大図である。マークパターン４、１０を構成する溝パターン部２３、２７は、基板２２上に１０μｍ間隔で５００００本の幅０．３μｍ、深さ０．３μｍの直線状溝パターン２３、２７をリソグラフィとエッチングにより形成する。同時に上記５００００本の幅０．３μｍ、深さ０．３μｍの直線状溝パターンの外側で上記５０００本の直線状溝パターンの中心位置から溝パターンの垂直方向に上下それぞれ３ｃｍはなれた位置を中心とした幅１００μｍ、深さ０．３μｍの十字型パターン２４、２８を同じリソグラフィとエッチングにより形成する。このとき直線状溝パターンの中心位置２３、２７と十字型パターン２４、２８中心位置の作製誤差は同じリソグラフィと同一基板上に形成することで０．１μｍ以下の精度が得られた。これらの溝パターンを形成した基板全体に厚さ１μｍの酸化膜２６を成膜したのち、化学機械研磨により基板表面を平坦化する。その後、最上層としてシリコン層２５を、１００ｎｍの厚さでスパッタ成膜にて形成する。
【００４４】
次に、上記積層構造を有した基板１５を５角に切り出し正方形の基板２９とし、上記二枚の基板２９,３０を接合する（ステップＳ１０３）。図６から図９は、第一の実施例におけるウェーハ接合方法を示す図である。図６は二枚の基板２９、３０の斜視図、図７は図６のＢ−Ｂ’断面図である。二つの基板２９、３０を、図６から図８のように、マーク基板上に形成した二つの十字マーク２４、２８が露出するように、かつ二枚の基板２９、３０を図６のように、各基板の積層構造１６とマークパターン２３の表面が背中合わせになるようにして保持する。次に、これら二枚の基板２９、３０を、真空中においてイオンビームで活性化した後に接合する常温接合工程により図７のように貼り合わせる。
【００４５】
次に、接合基板の露出した十字マーク２４のそれぞれの中心位置を基準としてダイシング刃により幅３０μｍ、深さ３０μｍの直線状溝パターン３１、３２を形成する。直線状溝パターン３１と直線状溝パターン３２は互いに１ｃｍ離して1対として、複数対の溝パターンを互いに平行に形成する。このとき各溝パターン幅の中心位置が接合面内にあるいずれかのマークパターン２３の直上に来るように十字マーク２４を基準として合わせる。直線状溝パターン３１，３２の中心位置の作製誤差はダイシングの位置合わせ精度で決定され１μｍ以下の精度が得られた。その後接合基板の露出した二つの十字マークを基準として図１１および図１２のように試料片３４をダイシングにより切り出す。
【００４６】
図１１は、第一の実施例における標準部材の作製プロセスを説明する図である。まず、図１１Ａおよび図１１Ｂに示したように、貼り合わせた試料２９、３０を露出した二つの十字マーク２４を基準として所定の幅、例えば長さ１５ｍｍ、幅５ｍｍで試料片３４を切り出す（ステップＳ１０４）。
【００４７】
さらに、図１２および図１３に示したように、切り出した標準部材３４と位置固定用基板６、７、８とを接着剤で試料片のダイシング切り出し断面が表面に現れるように縦横ともに１５ｍｍ片の標準部材３４になるように貼り合わせる。貼り合わせる標準部材３４の表面はシリコンであるため、導電性、平坦性および厚さ制御の観点から、位置固定用基板６，７，８の材質もシリコンが望ましい。次に貼り合わせた標準部材の試料片の断面の高さが位置固定用基板８底面から１．４ｍｍになるように研磨する（ステップＳ１０５）。位置固定用基板６、７で資料片チップ３４を保持し、位置固定用基板８に乗せる形で広い面積で接着するので、標準部材チップ３４の設置時の傾きもなく、安定した保持が可能となる。さらに研磨時の支えとなり、研磨効率も向上する。
【００４８】
次に、標準部材３４に対して材料選択エッチングを行う（ステップＳ１０６）。具体的には選択エッチングによりシリコン酸化膜層１９を深さ２０ｎｍ程度エッチングして、ラインパターンすなわちシリコン層２０の周期的な凸パターン（倍率校正パターン９）を形成する。 選択エッチングにより他方の基板２の断面に電子顕微鏡の位置特定マーク４、１０が凹パターンとしてそれぞれ形成されている。さらに、多層膜を形成したシリコン基板１０の接合面の反対側の断面には、位置特定マークを探索するためのパターン位置識別マークパターン３１、３２が設けられている。
【００４９】
このように、倍率校正パターンを含むシリコン基板１と、位置特定マークパターンを含むシリコン基板２とが接合され、さらに、上記接合基板のダイシングされた標準部材３４の周期パターンの片方を選択的にエッチングすることにより、一定ピッチ寸法の凹凸周期パターンを有する、標準部材３４が得られる。
【００５０】
このエッチング済みの標準部材３４を、図２に示したように、所定の大きさ、例えば高さ２０ｍｍ、直径２０ｍｍの保持用ホルダ１４の縦横１．５ｃｍ、深さ１．４ｍｍの凹部に標準部材３４の表面とホルダの表面が一致するように埋め込み、導電性接着剤で貼り付ける等により固定して最終的な標準部材が完成する（ステップＳ１０７）。この保持用ホルダの表面は電子顕微鏡で測定するウェーハ上のパターン高さと一致するように設計されている。研磨による精度だしの結果測定するウェーハ上のパターン高さとの誤差は１０μｍ以下の精度が得られた。
【００５１】
次に、この標準部材３４を搭載した保持ホルダからなる標準部材を波長０．１５ｎｍのＸ線回折法による回折角度測定を行ったところ、３次以上の高次までの明解な回折光が得られ、一定ピッチのシリコン層２０の周期的な凸パターン（ラインパターン）周期としてピッチ寸法２０．０１ｎｍが得られた。このピッチ寸法は測定時にＸ線が照射された標準部材チップ３４の表面全体の上記凹凸パターン（ラインパターン）の平均値として得られたものである。このピッチ寸法が標準部材８のデータとして取得され（値付け）、記憶装置に保持される。（ステップＳ１０８）。
【００５２】
本実施例において、走査電子顕微鏡の校正倍率の時に、倍率校正パターン領域３と第1の位置特定パターン４の入射電子に対する水平距離を１μｍ以上１０μｍ以内とすることができる。また、第1の各位置特定パターン４と位置特定マークを探索するための二つのパターン位置識別マークパターン５の位置精度誤差は２μｍ以下の精度が得られた。
【００５３】
また、シリコン基板同士を、接着剤を用いない接合を用いて、かつ上記二枚の基板の面方位を合せて接合するので、接合部において二枚の基板面が連続し一枚の基板と同様なミラー面の状態、換言すると接合面に界面が存在しない状態となり、従来のように二枚の基板を接着剤で貼り合わせて形成する場合に発生する、接着剤による超格子パターンの一部が破壊され、あるいは異物となってしまうという問題の発生も皆無となる。
【００５４】
本実施例によれば、倍率校正用のパターンを垂直断面でかつ平坦な面上に配置させることが可能であり、段差部で生じる局所的な表面電界分布が発生せず、正確な倍率校正を行うことができ、低倍から高倍までの校正箇所特定に必要な大小２種類の位置特定パターンを高い精度の配置誤差で設けることで、過去に電子ビーム走査のないあるいは電子ビーム走査回数の少ない校正パターン部を自動で選択して校正することができ、電子顕微鏡で用いられる倍率校正を高精度で行う校正用標準部材を提供できる。本実施例によれば、自動による校正誤差は安定して０．０２ｎｍ程度以内とすることが可能である。
【実施例２】
【００５５】
次に、保持ホルダ１４に実施例１で作製したシリコン／シリコン酸化膜層の積層構造の断面試料１を有した標準部材３４を、走査電子顕微鏡に搭載して校正を行った例について説明する。
【００５６】
図１３は本発明による走査電子顕微鏡のステージ部分の拡大斜視図、図１４は走査電子顕微鏡のシステム構成を示した概略図、図１５は本発明により走査電子顕微鏡の倍率校正を行う際のフローチャート図である。
【００５７】
図１４、図１５に示すように、本実施例では、実施例１で述べた標準部材３４を、走査電子顕微鏡のステージ６４に搭載して走査電子顕微鏡の校正を行う。なお、このステージ６４上には、測定試料（ウェーハ）６５が積置される。また、このステージ６４には、ビーム６３の加速電圧を制御するために電圧を印加するバイアス電源６１が接続されている。光学顕微鏡６０は千倍以下の低倍率で測定位置検出を行うものである。６６は、電子ビーム照射により発生する二次電子７３を検出する電子検出器である。
【００５８】
ここで、図１５により、本発明が適用される走査電子顕微鏡の全体的な構成例について簡単に説明する。走査電子顕微鏡は、電子ビーム６３を放出する電子銃（電子源）６７、電子ビーム６３を試料上で走査するための走査偏向器７０、被測長試料６５上における電子ビームのフォーカスを調整するためのレンズ６８、７１、非点収差補正器７４、１次電子線照射により発生する二次電子７３を検出するための電子検出器７２、情報処理装置を含むＳＥＭ制御系７７等を備えている。ＳＥＭ制御系７７は、レンズ６８を制御するレンズ制御部２５１，１次電子線の走査偏向を制御するビーム偏向制御部２５２、レンズ７１を制御するレンズ制御部２５３，電子検出器７２からの出力信号を処理する二次電子信号処理部２５４、非点収差補正器７４を制御する制御器２２５０及び、被測長試料６５または標準部材８が載置されるステージ６４の移動を制御するステージ制御部２５５、低倍での試料観察位置を特定するための光学顕微鏡７８と光学イメージから特定された測定位置を電子ビーム偏向領域内に移動するためのステージおよび電子ビーム偏向位置制御を行う光学画像処理部になどにより構成される。ＳＥＭ制御系７７を構成する情報処理装置２６０は、ＳＥＭ制御部から入力される各情報ないし制御信号を演算処理するためのＣＰＵによる演算処理部（寸法演算部、寸法校正演算部）、このＣＰＵ上で動作する倍率校正処理等の種々のソフトウェアが展開されるメモリ（図示略）、測長レシピ等の情報や種々のソフトウェアが格納される外部記憶装置（校正値記憶部・校正位置記憶部、寸法記憶部）等により構成されている。情報処理装置７７には、更に、ＣＰＵによる情報処理結果が表示される表示部（波形表示部、寸法表示部、画像表示部）や、情報処理に必要な情報を情報処理装置に入力するための情報入力手段（図示略）等が接続されている。
【００５９】
次に、走査電子顕微鏡の動作について、簡単に説明する。電子銃（電子源）６７から放出された電子ビーム６３を、レンズ６８，７１および偏向器７０により、試料上で走査する。ステージ６４、７６上には、測定試料（ウエーハ）６５がある。ステージ６４には、ビーム加速電圧を制御するために電圧が印加されている。まず低倍で試料観察位置あるいは同試料上に形成された位置座標基準マークを光学顕微鏡７８で観察し光学画像処理部により特定し、光学イメージから特定された測定位置を記憶して置き試料の水平面内の座標系とステージ座標系の傾きを光学画像処理部に記憶して置き、光学イメージから特定された測定位置あるいは位置座標基準マークの座標を基にステージおよび電子ビーム偏向位置制御により測定箇所を電子ビーム偏向領域内に移動する。測定する試料上で電子ビーム照射により発生する二次電子７３を検出する電子検出器６６、７２からの信号に基づいて二次電子（もしくは反射電子）像ないし二次電子信号波形の表示および測長を行う。そのときのステージ位置は、ステージ制御部にて検知、制御される。ここで、図１５では、各演算部、制御部、表示部等は情報処理装置７７に含まれた形態であるが、必ずしも情報処理装置７７に含まれていなくてもよい。
【００６０】
次に、図１６のフローチャートに沿って、本発明により倍率校正を行う処理の手順を説明する。まず、実施例１で作製したシリコン／シリコン酸化膜層の積層凹凸構造断面試料３４、６１をホルダ１４、６２に有した標準部材をステージ６４上に搭載する。そして、ステージ６４により光学顕微鏡７８の下に標準部材を移動する。第一の所定の倍率、例えば二百倍の低倍率で試料上の二つのパターン位置判別マーク３１、３２を検出する（ステップＳ２０１）。ホルダ１４に有した標準部材３４のパターン位置判別マーク３１、３２のステージに対する位置誤差は０．５ｍｍ程度であるが、二百倍の低倍率での視野１ｍｍ内に溝幅が入りかつ溝幅の大きさが３０μｍと大きいので視野内での大きさが二百倍では６ｍｍと十分に認識可能な大きさでありかつ二つのパターン位置判別マーク３１、３２は深溝パターンであるので光学像のコントラストが高く光学画像処理部でのマーク検出率は９０％以上であった。さらに多層膜および二つのパターン位置判別マーク３１、３２は深溝パターンを形成する基板１７として両面研磨基板をすることでパターン位置判別マーク３１、３２を形成する表面も研磨面となる。通常の基板裏面の凹凸が１μｍ程度であったものが研磨面とすることで凹凸が１μｍ以下となるために断面での深さ、溝幅３０μｍのパターン位置判別マーク３１、３２の判別率はさらに向上しマーク検出率は９９％以上であった。また、パターン位置判別マーク３１、３２の溝形状をＶ字形状とすることで、Ｖ字の頂点部分を基準座標として容易に検出することが可能である。
【００６１】
次に、これらの二つのパターン位置判別マークからパターン位置判別マーク座標と標準部材の校正パターンのステージ座標に対する回転傾きを求める（ステップＳ２０２）。ステージの座標系と上記二つのパターン位置判別マークとの回転傾きは時計方向に０．５度であった。上記ホルダ６０をステージに固定する場合の回転誤差は１度程度発生し、この回転誤差はホルダを固定するたびに異なる。次に、パターン位置判別マーク座標と標準部材の校正パターンのステージ座標に対する回転傾きから、過去に電子ビーム走査のないあるいは電子ビーム走査回数の少ない校正パターン部のパターン位置判別マーク座標を算出して、ステージ移動により過去に電子ビーム走査のないあるいは電子ビーム走査回数の少ない校正パターン部のパターン位置判別マークを十万倍以上の高倍率の電子ビーム偏向領域内に移動させる（ステップＳ２０３）。このときパターン位置判別マークとパターン位置判別マークの回転誤差は同位置基板上に形成されているので０度である。また位置誤差はダイシング時の研削位置誤差１μｍ
以下である。このために十万倍の倍率で電子ビームを標準部材８上で走査すると電子ビーム走査による視野２μｍの中に特定のパターン位置判別マークを捕らえることが可能であった。またパターン位置判別マークは隣同士１０μｍピッチで配列されているので隣のパターン位置判別マークを検出することはない。過去に電子ビーム走査のない校正パターン部のパターン位置判別マークを指定するには、外部記憶部の校正位置記憶部に登録されていないパターン位置判別マークを選択すればよい。
【００６２】
このようにして自動で過去に電子ビーム走査のない校正パターン部のパターン位置判別マークビームを間違いなく特定できる。パターン位置判別マークを検出したら同マークから一定距離（ここでは１．５μｍとする）離れた位置にある校正パターン部にステージまたは電子ビーム偏向により電子ビーム偏向中心を移動する。この校正での電子ビームの加速電圧は、例えば、５００Ｖになるようにステージ６４にマイナス１.５ｋＶの電圧が印加されている。このように上記の手順でステージ制御部と電子ビーム偏向制御部によりシリコン/シリコン酸化膜層の積層凹凸１４をビーム直下に位置させる（ステップＳ２０４）。このとき校正に用いるパターン位置判別マーク座標は記憶装置に記憶しておく。
【００６３】
一定ピッチ寸法のシリコン/シリコン酸化膜層の積層凹凸の校正パターンに電子ビームを走査することにより得られた二次電子信号処理部を通して得られる波形表示部の二次電子信号波形から寸法演算部においてピッチ寸法を求めた（ステップＳ２０５）。この測定を一定ピッチ寸法のシリコン/シリコン酸化膜層の積層凹凸の校正パターン９の異なる位置で２０点測定を繰り返した。次に、上記測定で得られた２０点のピッチ寸法の平均値２０.１０ｎｍを寸法値記憶部に記憶した（ステップＳ２０６）。次に、寸法校正演算部により寸法演算部で求めたピッチ寸法と、予めＸ線回折法で求められ寸法値記憶部に記憶されたピッチ寸法２０.０１ｎｍとを比較して、ビームによる測定値の校正係数を決定し、その差が０になるようにビーム偏向制御部に補正を行い、その校正係数を校正値記憶部に記憶した（ステップＳ２０７）。
【００６４】
一方、試料ステージ６４を駆動して測定ウェーハ６５上のパターンを測長し、校正値記憶部にある上記校正係数から上記測長値を校正して、寸法表示部、画像表示部で表示し、記憶した（ステップＳ２０８）。
【００６５】
ホルダ１４の表面と二つのシリコン/シリコン酸化膜層の積層断面構造１３の表面は１μｍ以内の段差で略同一平面であることから、ステージに印加されているマイナス１．５ｋＶの電圧による表面電界の乱れがなく、校正精度は０．０２ｎｍ以下が得られた。ビーム照射をした校正部にはコンタミネーション付着による寸法変動の恐れがあるために、次の校正の機会には、校正に使用した校正部近傍にある位置特定マークの位置座標を校正時に記憶してあるので、標準部材を取り外したり、ステージの座標原点がずれた場合でも、この座標を元にまだ未使用の校正パターンを用いることで常に安定した装置校正が可能となった。
【００６６】
これに対して、従来技術の標準部材の場合には、数百倍で検出可能な位置特定マークがないために、自動測定に十分な校正位置特定が出来なかった。このため、ステージ絶対座標がドリフトにより変動したり、校正試料を搭載した直後や一度取り外した後、再度搭載させた場合には、数万倍で検出される位置特定マークを人間が登録しなおしておく必要がある。この方法では位置特定マークの指定間違いやステージ座標変動により一度使用した校正位置を登録しておいても隣の位置特定マークとの区別が出来ない。校正箇所の管理は不確定のものとなる。
【００６７】
本発明の実施例によれば、倍率校正用のパターンと大小2種類の位置特定マークを平坦な面上に配置させることが可能であり、段差部で生じる局所的な表面電界分布が発生せず、正確な倍率校正と校正箇所の特定を行うことができるので電子顕微鏡で用いられる倍率校正を高精度で行うことができる。さらに大小２種類の位置特定マークを基板の反対表面に配置できるので小さい位置特定マークパターンの配列領域の制限されず多くの小さい位置特定マークパターンの配列できるために特定できる校正箇所の数も多くとることが可能となる。
【００６８】
なお、本発明による標準部材は、図１４に示した測長用の走査電子顕微鏡に限らず、他の電子線装置にも応用できることは言うまでも無い。
【実施例３】
【００６９】
上記実施例では、標準部材に一方向のみの校正パターンを有した例を説明したが、電子顕微鏡で観察するパターンでは半導体デバイスを代表として縦横にパターンがあるのでこれらの縦横パターンを測長する場合には、縦横方向に校正パターンを有した標準部材が必要となる。図１７に縦横方向に校正パターンを有した標準部材の例を示す。上記実施例１と同様の作製法を用いて作製した図１８に示した長さ１５ｍｍおよび１０ｍｍに切り出した二つの試料片７９、８０と保持基板８３とを接着剤で試料片のダイシング切り出し断面が表面に現れるようにかつ二つの試料片７９、８０が互いに直交するように縦横ともに１５ｍｍ片の標準部材になるように貼り合わせる。次に貼り合わせた標準部材の試料片の断面の高さが位置固定用基板８底面から１．４ｍｍになるように研磨する。
【００７０】
次に、上記実施例１と同様に標準部材チップに対して材料選択エッチングを行い周期的な凸パターン（倍率校正パターン）を形成する。 選択エッチングにより他方の基板２の断面に電子顕微鏡の位置特定マークが凹パターンとしてそれぞれ形成されている。さらに、多層膜を形成したシリコン基板の接合面の反対側の断面には、位置特定マークを探索するためのパターン位置識別マークパターン８１、８２がそれぞれ設けられている。
【００７１】
次に、実施例１と同様にX線を用いて直交するように配置した縦横の周期的な凸パターン（倍率校正パターン）のピッチがそれぞれ計測された標準部材チップを貼り付けたホルダを実施例1と同様にステージ６４上に搭載する。実施例1と同じ手順で縦方向の試料片７９上の倍率校正パターンにより縦方向の試料片７９上の倍率校正パターンにより電子ビーム装置の倍率校正を行うが、この場合の校正は倍率校正パターンに垂直方向の電子ビーム偏向の倍率校正が可能となる。このため、校正パターンと同様の方向の測定パターンに対しては高精度な測長が可能になるが、これに直交するパターンに対しては横方向の試料片８０上の倍率校正パターンにより電子ビーム装置の倍率校正を行うことにより同様の高精度でパターン測長が可能となる。横方向の試料片８０上の倍率校正パターンによる校正は縦方向の試料片７９上の倍率校正パターンによる校正と同様以下の手順で行う。ステージ６４により光学顕微鏡７８の下に標準部材を移動する。第１の所定の倍率、例えば二百倍の低倍率で試料上の二つのパターン位置判別マーク８４を検出する。縦方向の試料片７９に対して横方向の試料片８０は組み立て精度は直交となる90度に対して1度程度の回転が生じるが、ホルダ１４に有した標準部材のパターン位置判別マークは二百倍で十分に認識可能でありマーク検出率は９０％以上であった。次に、横方向の試料片８０のパターン位置判別マークから横方向の試料片８０の校正パターンのステージ座標に対する回転傾きを求め、パターン位置判別マーク座標と標準部材の校正パターン８５のステージ座標に対する回転傾きから、過去に電子ビーム走査のないあるいは電子ビーム走査回数の少ない校正パターン部のパターン位置判別マーク座標８６を算出して、ステージ移動により過去に電子ビーム走査のないあるいは電子ビーム走査回数の少ない校正パターン部のパターン位置判別マークを十万倍以上の高倍率の電子ビーム偏向領域内に移動させ、次に校正パターンをビーム直下に位置させ倍率校正を行うことで、縦・横両パターンに対して校正精度０.０２ｎｍ以下が得られた。
【００７２】
上記例で用いた電子ビーム装置のステージ位置精度は７μｍ以下であったために、パターン位置判別マークは隣同士１０μｍピッチで配列されているので隣のパターン位置判別マークを検出することはない。しかしながら１０μｍ以上のテージ位置精度の電子ビーム装置では目標としている隣のパターン位置判別マークを誤検出する危険性がある。そこでこの課題を解決するために図１９に示すようなパターン位置判別マーク配列を用いる。試料片の校正パターン８８とパターン位置判別マーク（第二のマークパターン）８７のピッチ寸法は各々同じであるが、パターン位置判別マーク（第一のマークパターン）８９のパターン配列は隣同士１０μｍピッチで３つ連続して配列されたものをパターングループとして各グループが４０μｍピッチで配列されている。このため２０μｍのステージ位置精度の電子ビーム装置でもパターングループを誤検出することなく、そのグループ内の特定のパターン位置判別マークには電子ビーム偏向によりビーム移動させる。ビーム偏向精度は１μｍ以下であるので、ステージ位置精度の低い電子ビーム装置でも高精度な校正が可能であった。
【符号の説明】
【００７３】
１、１１、２９…多層膜基板（第一の基板）、２、１２、２２、３０…マーク形成基板（第二の基板）、３…校正パターン、４、５、１０、８６、８９…マークパターン、６、７、８、８３…固定用基板、９、１６、３７、８５、８８…積層構造部、１３…校正用標準部材、１４、６２…保持ホルダ、１５、１７、２１、２２…基板、１９、２６…シリコン酸化膜層、１８、２０、２５…シリコン層、２３、２７、３１、３２、８１、８２、８４、８７…マークパターン（溝パターン）、２４、２８…十字パターン、３３、７９、８０…試料片、３４、６１、７５…標準部材、６０、７８…光学顕微鏡、６７…電子銃、６３、６９…電子ビーム、６８、７１…レンズ、７０…偏向器、６４、７６…ステージ、６５、７４…測定ウェーハ試料、６６、７２…検出器、７３…二次電子または反射電子、７７…情報処理装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査電子顕微鏡を校正する校正用標準部材において、
夫々異なる材料を交互に積層させた多層膜断面と、
第一のシリコン層を挟み、前記多層膜断面と平行に配置される、複数の第一のマークパターンと、
前記多層膜断面に対して、前記第一のマークパターンとは反対側に前記第一のシリコン層よりも厚さの厚い第二のシリコン層を挟んで、前記多層膜断面と平行に少なくとも一対の第二のマークパターンと、
前記多層膜断面に対して第一のマークパターンおよび前記第二のマークパターンの外側にシリコン層と、
を同一面に有することを特徴とする校正用標準部材。
【請求項２】
請求項１記載の校正用標準部材において、
前記多層膜断面は倍率校正パターン領域であり、
前記第一のマークパターンは、前記倍率校正パターン領域の位置を検出するための凹形状の基準マークであり、
前記第二のマークパターンは、前記第一のマークパターンを検出するための凹形状の基準マークであることを特徴とする校正用標準部材。
【請求項３】
請求項１記載の校正用標準部材において、
前記多層膜断面および前記第二のマークパターンは、第一の基板上に形成され、
前記第一のマークパターンは、第二の基板上に形成され、
前記第一の基板の表面である多層膜断面側と前記第二の基板の表面である第一のマークパターン側とが接合され、
前記多層膜断面に対して前記第一のマークパターンおよび前記第二のマークパターンの外側に位置する前記シリコン層は、前記接合基板を固定するシリコン基板であることを特徴とする校正用標準部材。
【請求項４】
請求項３に記載の校正用標準部材において、
前記第一の基板と前記第二の基板は、常温接合による直接接合により接合されていることを特徴とする校正用標準部材。
【請求項５】
請求項３記載の校正用標準部材において、
前記試料断面は、ダイシングと研磨によって形成された断面であることを特徴とする校正用標準部材。
【請求項６】
請求項３記載の校正用標準部材において、
前記第一の基板と前記第二の基板とは、シリコンを含んだ単結晶基板の組み合わせ、若しくはシリコンを含んだ非晶質基板の組み合わせのいずれかであることを特徴とする校正用標準部材。
【請求項７】
請求項３記載の校正用標準部材において、
前記第一の基板の表面および前記第二の基板の表面がシリコン層であることを特徴とする校正用標準部材。
【請求項８】
請求項３記載の校正用標準部材において、
前記多層膜断面は、所定の積層ピッチでシリコンとシリコン酸化膜を基板表面に積層させ、一方の材料を選択的にエッチングした凹凸パターンからなる多層膜断面であり、
前記第一のマークパターンは、断面に対して水平方向に所定のピッチで周期的にかつ断面に対して垂直方向のシリコン溝パターンであり、かつその上にシリコン酸化膜が成膜されていることを特徴とする校正用標準部材。
【請求項９】
請求項８記載の校正用標準部材において、
複数の前記第一のマークパターンが所定の本数毎にグループ化され、前記グループが所定の間隔で配置されていることを特徴とする校正用標準部材。
【請求項１０】
請求項９記載の校正用標準部材において、
前記グループの所定の間隔が前記所定本数毎のピッチ寸法の整数倍であることを特徴とする校正用標準部材。
【請求項１１】
請求項３に記載の校正用標準部材において、
前記第一の基板と前記第二の基板とが、前記多層膜の表面で接合された前記接合基板を少なくとも二つ以上を組み合わせて校正用標準部材を構成し、かつ前記二つの前記接合基板が互いに直角に配列され、かつ校正用標準部材の中央で交差することを特徴とする校正用標準部材。
【請求項１２】
測定試料上の観察領域に入射電子線を走査して発生する二次電子または反射電子強度の情報から、前記観察領域内のパターンを計測する走査電子顕微鏡を校正する校正用標準部材の作製方法において、
夫々異なる材料を第一のシリコン基板表面に交互に積層して、最上層としてシリコン層を形成する多層膜断面である第一の基板を作製する工程と、
第二のシリコン基板表面に、第一のマークパターンである複数本の溝パターンを形成し、前記溝パターンの並びに対して外側に第三のマークパターンである十字型溝パターンを形成し、前記第二のシリコン基板表面全体に酸化膜を成膜した後、最上層としてシリコン層を形成する第二の基板を作成する工程と、
前記第一の基板を前記第二の基板より小さいサイズに切り出し、前記第一の基板の最上層であるシリコン層と、前記第二の基板の最上層であるシリコン層とを前記第三のマークパターンが露出するように接合する工程と、
前記第三のマークパターンの位置を基準として、前記接合した基板の第一の基板側に第二のマークパターンである溝パターンを複数対形成する工程と、
前記第三のマークパターンの位置を基準として、前記接合基板を切り出す工程と、
切り出した前記接合基板の前記多層膜断面、第一のマークパターン、および第二のマークパターンが上面に現れるように位置固定用基板上に立て、前記第一のシリコン基板表面と、前記第二のシリコン基板を両側からシリコン製保持基板で挟み込むように貼り合せる工程と、
貼り合せた前記接合基板の断面の高さが前記位置固定用基板の底面から所望の高さになるように研磨する工程と、
前記接合基板の断面を材料選択エッチングによりラインパターンを形成するとともに、材料選択エッチングにより位置特定マークパターンである前記第一のマークパターンを凹凸パターンとして形成する工程と、を有することを特徴とする校正用標準部材の作製方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の校正用標準部材の作製方法において、
前記接合工程は、二枚の相対する前記基板表面の原子配列状態において接合前に大気を挟んだ最表面原子配列と大気との不連続境界が、接合後には消失し二枚の相対する基板最表面の原子配列状態が連続した原子配列状態とするものであることを特徴とする校正用標準部材の作製方法。
【請求項１４】
請求項１２記載の校正用標準部材の作製方法において、
前記接合基板を切り出す工程において、ダイシングによって断面を形成することを特徴とする校正用標準部材の作製方法。
【請求項１５】
請求項１２記載の校正用標準部材の作製方法において、
少なくとも１対の上記断面に垂直な方向に前記第二のマークパターンがダイシングにより作製することを特徴とする校正用標準部材の作製方法。
【請求項１６】
試料もしくは校正用標準部材を保持する試料ステージと、前記試料ステージ上の試料に対して電子ビームを走査する照射光学系と、前記電子ビームの走査により発生する二次電子または反射電子を検出する検出器と、前記検出器から得られる電子信号を処理することにより前記試料を測長する信号処理手段と、測長結果が表示される表示手段と、前記電子ビームの加速電圧を制御するための電圧を前記試料ステージに印加するバイアス電源と、前記試料ステージ上に搭載された前記校正用標準部材に対する前記二次電子または反射電子強度の情報から前記照射光学系の倍率校正を行う校正機能を備え、
測定試料上の観察領域に入射電子線を走査して発生する二次電子または反射電子強度の情報から、前記観察領域内のパターンを計測する走査電子顕微鏡において、
前記校正用標準部材は、
夫々異なる材料を交互に積層させた多層膜断面と、
第一のシリコン層を挟み、前記多層膜断面と平行に配置される、複数の第一のマークパターンと、
前記多層膜断面に対して、前記第一のマークパターンとは反対側に前記第一のシリコン層よりも厚さの厚い第二のシリコン層を挟んで、前記多層膜断面と平行に少なくとも一対の第二のマークパターンと、
前記多層膜断面に対して第一のマークパターンおよび前記第二のマークパターンの外側にシリコン層と、
を同一面に有することを特徴とすることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１７】
請求項１６記載の走査電子顕微鏡において、
前記第一のマークパターンの間隔は、光またはＸ線回折により予め求められており、
前記信号処理手段で求めた前記いずれかのマークパターンのピッチ寸法と、前記光またはＸ線回折により予め求められたピッチ寸法とを比較して、その差が略ゼロになるように前記照射光学系の倍率校正を行う機能を有していることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１８】
請求項１６記載の走査電子顕微鏡において、前記第二のマークパターンを検出する光学顕微鏡を備えかつその座標情報を基に前記第一のマークパターンを電子ビーム走査により検出し、その座標情報を記憶する機能を有し、かつ前記校正部材の倍率校正を行う機能を有していることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１】
走査電子顕微鏡を校正する校正用標準部材において、
夫々異なる材料を交互に積層させた多層膜断面と、
第一のシリコン層を挟み、前記多層膜断面と平行に配置される、複数の第一のマークパターンと、
前記多層膜断面に対して、前記第一のマークパターンとは反対側に前記第一のシリコン層よりも厚さの厚い第二のシリコン層を挟んで、前記多層膜断面と平行に少なくとも一対の第二のマークパターンと、
前記多層膜断面に対して第一のマークパターンおよび前記第二のマークパターンの外側にシリコン層と、
を同一面に有することを特徴とする校正用標準部材。
【請求項２】
請求項１記載の校正用標準部材において、
前記多層膜断面は倍率校正パターン領域であり、
前記第一のマークパターンは、前記倍率校正パターン領域の位置を検出するための凹形状の基準マークであり、
前記第二のマークパターンは、前記第一のマークパターンを検出するための凹形状の基準マークであることを特徴とする校正用標準部材。
【請求項３】
請求項１記載の校正用標準部材において、
前記多層膜断面および前記第二のマークパターンは、第一の基板上に形成され、
前記第一のマークパターンは、第二の基板上に形成され、
前記第一の基板の表面である多層膜断面側と前記第二の基板の表面である第一のマークパターン側とが接合され、
前記多層膜断面に対して前記第一のマークパターンおよび前記第二のマークパターンの外側に位置する前記シリコン層は、前記接合基板を固定するシリコン基板であることを特徴とする校正用標準部材。
【請求項４】
請求項３に記載の校正用標準部材において、
前記第一の基板と前記第二の基板は、常温接合による直接接合により接合されていることを特徴とする校正用標準部材。
【請求項５】
請求項３記載の校正用標準部材において、
前記試料断面は、ダイシングと研磨によって形成された断面であることを特徴とする校正用標準部材。
【請求項６】
請求項３記載の校正用標準部材において、
前記第一の基板と前記第二の基板とは、シリコンを含んだ単結晶基板の組み合わせ、若しくはシリコンを含んだ非晶質基板の組み合わせのいずれかであることを特徴とする校正用標準部材。
【請求項７】
請求項３記載の校正用標準部材において、
前記第一の基板の表面および前記第二の基板の表面がシリコン層であることを特徴とする校正用標準部材。
【請求項８】
請求項３記載の校正用標準部材において、
前記多層膜断面は、所定の積層ピッチでシリコンとシリコン酸化膜を基板表面に積層させ、一方の材料を選択的にエッチングした凹凸パターンからなる多層膜断面であり、
前記第一のマークパターンは、断面に対して水平方向に所定のピッチで周期的にかつ断面に対して垂直方向のシリコン溝パターンであり、かつその上にシリコン酸化膜が成膜されていることを特徴とする校正用標準部材。
【請求項９】
請求項８記載の校正用標準部材において、
複数の前記第一のマークパターンが所定の本数毎にグループ化され、前記グループが所定の間隔で配置されていることを特徴とする校正用標準部材。
【請求項１０】
請求項９記載の校正用標準部材において、
前記グループの所定の間隔が前記所定本数毎のピッチ寸法の整数倍であることを特徴とする校正用標準部材。
【請求項１１】
請求項３に記載の校正用標準部材において、
前記第一の基板と前記第二の基板とが、前記多層膜の表面で接合された前記接合基板を少なくとも二つ以上を組み合わせて校正用標準部材を構成し、かつ前記二つの前記接合基板が互いに直角に配列され、かつ校正用標準部材の中央で交差することを特徴とする校正用標準部材。
【請求項１２】
測定試料上の観察領域に入射電子線を走査して発生する二次電子または反射電子強度の情報から、前記観察領域内のパターンを計測する走査電子顕微鏡を校正する校正用標準部材の作製方法において、
夫々異なる材料を第一のシリコン基板表面に交互に積層して、最上層としてシリコン層を形成する多層膜断面である第一の基板を作製する工程と、
第二のシリコン基板表面に、第一のマークパターンである複数本の溝パターンを形成し、前記溝パターンの並びに対して外側に第三のマークパターンである十字型溝パターンを形成し、前記第二のシリコン基板表面全体に酸化膜を成膜した後、最上層としてシリコン層を形成する第二の基板を作成する工程と、
前記第一の基板を前記第二の基板より小さいサイズに切り出し、前記第一の基板の最上層であるシリコン層と、前記第二の基板の最上層であるシリコン層とを前記第三のマークパターンが露出するように接合する工程と、
前記第三のマークパターンの位置を基準として、前記接合した基板の第一の基板側に第二のマークパターンである溝パターンを複数対形成する工程と、
前記第三のマークパターンの位置を基準として、前記接合基板を切り出す工程と、
切り出した前記接合基板の前記多層膜断面、第一のマークパターン、および第二のマークパターンが上面に現れるように位置固定用基板上に立て、前記第一のシリコン基板表面と、前記第二のシリコン基板を両側からシリコン製保持基板で挟み込むように貼り合せる工程と、
貼り合せた前記接合基板の断面の高さが前記位置固定用基板の底面から所望の高さになるように研磨する工程と、
前記接合基板の断面を材料選択エッチングによりラインパターンを形成するとともに、材料選択エッチングにより位置特定マークパターンである前記第一のマークパターンを凹凸パターンとして形成する工程と、を有することを特徴とする校正用標準部材の作製方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の校正用標準部材の作製方法において、
前記接合工程は、二枚の相対する前記基板表面の原子配列状態において接合前に大気を挟んだ最表面原子配列と大気との不連続境界が、接合後には消失し二枚の相対する基板最表面の原子配列状態が連続した原子配列状態とするものであることを特徴とする校正用標準部材の作製方法。
【請求項１４】
請求項１２記載の校正用標準部材の作製方法において、
前記接合基板を切り出す工程において、ダイシングによって断面を形成することを特徴とする校正用標準部材の作製方法。
【請求項１５】
請求項１２記載の校正用標準部材の作製方法において、
少なくとも１対の上記断面に垂直な方向に前記第二のマークパターンがダイシングにより作製することを特徴とする校正用標準部材の作製方法。
【請求項１６】
試料もしくは校正用標準部材を保持する試料ステージと、前記試料ステージ上の試料に対して電子ビームを走査する照射光学系と、前記電子ビームの走査により発生する二次電子または反射電子を検出する検出器と、前記検出器から得られる電子信号を処理することにより前記試料を測長する信号処理手段と、測長結果が表示される表示手段と、前記電子ビームの加速電圧を制御するための電圧を前記試料ステージに印加するバイアス電源と、前記試料ステージ上に搭載された前記校正用標準部材に対する前記二次電子または反射電子強度の情報から前記照射光学系の倍率校正を行う校正機能を備え、
測定試料上の観察領域に入射電子線を走査して発生する二次電子または反射電子強度の情報から、前記観察領域内のパターンを計測する走査電子顕微鏡において、
前記校正用標準部材は、
夫々異なる材料を交互に積層させた多層膜断面と、
第一のシリコン層を挟み、前記多層膜断面と平行に配置される、複数の第一のマークパターンと、
前記多層膜断面に対して、前記第一のマークパターンとは反対側に前記第一のシリコン層よりも厚さの厚い第二のシリコン層を挟んで、前記多層膜断面と平行に少なくとも一対の第二のマークパターンと、
前記多層膜断面に対して第一のマークパターンおよび前記第二のマークパターンの外側にシリコン層と、
を同一面に有することを特徴とすることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１７】
請求項１６記載の走査電子顕微鏡において、
前記第一のマークパターンの間隔は、光またはＸ線回折により予め求められており、
前記信号処理手段で求めた前記いずれかのマークパターンのピッチ寸法と、前記光またはＸ線回折により予め求められたピッチ寸法とを比較して、その差が略ゼロになるように前記照射光学系の倍率校正を行う機能を有していることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１８】
請求項１６記載の走査電子顕微鏡において、前記第二のマークパターンを検出する光学顕微鏡を備えかつその座標情報を基に前記第一のマークパターンを電子ビーム走査により検出し、その座標情報を記憶する機能を有し、かつ前記校正部材の倍率校正を行う機能を有していることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【図３】
【図１５】
【図１６】
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図１５】
【図１６】
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１２−１３７４５４（Ｐ２０１２−１３７４５４Ａ）
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９１５１７（Ｐ２０１０−２９１５１７）
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
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