(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶基材を含む被測定試料を準備する工程と、
集束イオンビームの照射により前記被測定試料を減厚して、被測定試料薄片を作製する減厚工程と、
前記減厚工程の途中の複数時点で、前記被測定試料薄片に集束電子線を照射して高角度散乱電子の電子線強度を測定する工程と、
前記減厚工程の途中の前記複数時点で、前記結晶基材の格子定数を電子線回折法により測定し、測定された前記格子定数から前記被測定試料薄片の歪を算出する工程と、
前記複数時点で測定された前記散乱電子の電子線強度及び前記複数時点で算出された前記被測定試料薄片の歪に基づき、散乱電子の電子線強度を変数とする前記被測定試料薄片の歪の近似式を作成する工程と、
前記結晶基材の減厚に伴い前記結晶基材の歪緩和が始まる臨界厚さに等しい厚さを有する前記結晶基材に、前記集束電子線を照射したとき測定される高角度散乱電子の電子線強度を臨界電子線強度として予測する臨界電子線強度の予測工程と、
予測された前記臨界電子線強度を前記近似式に代入して得られる歪を、前記被測定試料の歪として算出する工程と、を有する歪測定方法。
【請求項２】
前記臨界電子線強度の予測工程は、
既知の歪を有する前記結晶基材を含む標準試料を準備する工程と、
集束イオンビームの照射により前記標準試料を減厚して、標準試料薄片を作製する標準試料の減厚工程と、
前記標準試料の減厚工程の途中の複数時点で、前記標準試料薄片に集束電子線を照射して高角度散乱電子の電子線強度を測定する工程と、
前記標準試料の減厚工程の途中の前記複数時点で、前記結晶基材の格子定数を電子線回折法により測定し、測定された前記格子定数から前記標準試料薄片の歪を算出する工程と、
前記標準試料の減厚工程の途中の前記複数時点で測定された前記散乱電子の電子線強度及び前記標準試料の減厚工程の途中の前記複数時点で算出された前記標準試料薄片の歪に基づき、散乱電子の電子線強度を変数とする前記標準試料薄片の歪の近似式を作成する工程と、
前記標準試料薄片の歪の近似式が前記既知の歪に一致するときの高角度散乱電子の電子線強度を、前記臨界電子線強度として算出する工程と、を有することを特徴とする請求項１記載の歪測定方法。
【請求項３】
前記臨界電子線強度の予測工程は、
既知の歪を有する前記結晶基材を含む標準試料を準備する工程と、
前記標準試料を、異なる厚さを有する複数の標準試料薄片に加工する工程と、
前記標準試料薄片に集束電子線を照射して、高角度散乱電子の電子線強度を各前記標準試料薄片ごとに測定する工程と、
前記標準試料薄片の前記結晶基材の格子定数を電子線回折法により測定し、測定された前記格子定数から各前記標準試料薄片の歪を算出する工程と、
各前記標準試料薄片の歪及び高角度散乱電子の電子線強度に基づき、高角度散乱電子の電子線強度を変数とする前記標準試料薄片の歪の近似式を算出する工程と、
前記標準試料薄片の歪の近似式が前記既知の歪に一致する高角度散乱電子の電子線強度を、前記臨界電子線強度として算出する工程と、を有することを特徴とする請求項１記載の歪測定方法。
【請求項４】
結晶基材を含む第１及び第２の被測定試料を準備する工程と、
集束イオンビームの照射により前記第１及び第２の被測定試料を減厚して、第１及び第２の被測定試料薄片を作製する減厚工程と、
前記第１の被測定試料薄片を作成する減厚工程の途中の複数時点で、前記第１の被測定試料薄片に集束電子線を照射して高角度散乱電子の電子線強度を測定する工程と、
前記第１の被測定試料薄片を作成する前記減厚工程の途中の前記複数時点で、前記第１の被測定試料薄片の前記結晶基材の格子定数を電子線回折法により測定し、測定された前記格子定数から前記第１の被測定試料薄片の歪を算出する工程と、
前記複数時点で測定された前記散乱電子の電子線強度及び前記複数時点で算出された前記第１の被測定試料薄片の歪に基づき、散乱電子の電子線強度を変数とする前記第１の被測定試料薄片の歪の近似式を作成する工程と、前記第２の被測定試料薄片に集束電子線を照射して高角度散乱電子の電子線強度を測定する工程と、
前記第２の被測定試料薄片の前記結晶基材の格子定数を電子線回折法により測定し、測定された前記格子定数から前記第２の被測定試料薄片の歪を算出する工程と、
前記歪の近似式に、前記第２の被測定試料薄片で測定された高角度散乱電子の電子線強度を代入して、前記第１の被測定試料薄片の歪を算出する工程と、
算出された前記第１及び第２の被測定試料薄片の歪を比較する工程と、を有する歪測定方法。
【請求項５】
前記近似式は、直線近似式であり、最小自乗法を用いて算出されることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の歪測定方法。
【請求項６】
試料表面に斜めに入射する集束イオンビームを発生するイオン光学系と、
前記試料表面に垂直に入射する集束電子線を発生する電子光学系と、
前記集束電子線が照射された前記試料から散乱される高角度散乱電子線の電子線強度を測定する環状検出器と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記高角度散乱電子線の電子線強度を制御変数として、前記集束イオンビームの照射により減厚される前記試料の厚さを制御し、
前記試料の減厚途中の複数時点で、前記結晶基材の格子定数を電子線回折法により測定し、測定された前記格子定数から前記被測定試料薄片の歪を算出し、
前記複数時点で測定された前記散乱電子の電子線強度及び前記複数時点で算出された前記被測定試料薄片の歪に基づき、散乱電子の電子線強度を変数とする前記被測定試料薄片の歪の近似式を作成し、
前記結晶基材の減厚に伴い前記結晶基材の歪緩和が始まる臨界厚さに等しい厚さを有する前記結晶基材に、前記集束電子線を照射したときに測定される高角度散乱電子の電子線強度を臨界電子線強度として予測し、
予測された前記臨界電子線強度を前記近似式に代入して得られる歪を、前記被測定試料の歪として算出することを、特徴とする試料加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は歪測定方法及び試料加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置、例えば電界効果トランジスタにおいて、チャネル等の結晶領域に加わる歪は半導体装置の特性に大きな影響を与える。このため、結晶領域の歪の評価は、半導体装置の開発、評価の重要な課題とされている。
【０００３】
かかる歪の測定では、例えばゲート長が数十ｎｍのゲート電極直下のチャネル内歪分布のように、極めて微小な領域の歪を測定する必要がある。従って、歪の測定には１０ｎｍ程度の微小領域の測定が可能なナノ電子線回折（Ｎａｎｏ−Ｂｅａｍ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ：ＮＢＤ）又は集束電子線回折（Ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｔ−Ｂｅａｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ：ＣＢＥＤ）が広く用いられている
これらの歪測定方法では、被測定試料を、電子線が透過することができる厚さの薄片、例えば厚さ１００ｎｍ〜３００ｎｍ程度の薄片に加工して測定に供する。しかし、試料を薄片に減厚すると試料中の歪が緩和されるので、正確なバルク時の歪を測定することができない。また、試料間の相対的な歪の大小を比較する場合、試料の厚さにより歪緩和量が異なるため，全ての試料を精密に同じ厚さに加工しなければならない。
【０００４】
従来、走査透過型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：ＳＴＥＭ）の試料の厚さは、ＳＩＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｉｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）又はＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）により観測される画像を用いて測定していた。
【０００５】
また、走査透過型電子顕微鏡の試料を、集束イオンビーム（Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ：ＦＩＢ）を用いて減厚し、減厚された試料の厚さを電子線の透過強度を用いて評価することで、所望の厚さの試料を作製する方法が知られている。
【０００６】
さらに、均一な厚さの試料の一部に電子線を照射して透過強度から厚さの絶対値を求め、その後、構成元素が異なる２層からなる他の部分に集束電子線を照射して、高角度散乱する電子線の強度から２層のそれぞれの厚さを求める方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２４９０８７号公報
【特許文献２】特開平０８−００５５２８号公報
【特許文献３】特開２００７−１９３９７７号公報
【特許文献４】特開２００９−０５２９４４号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】佐藤岳志、松本弘昭、佐藤高広、今野充、長沖巧、谷口佳史著、「ナノ回折法を用いた半導体デバイスの微小応力評価の検討」、第２８回ＬＳＩテスティングシンポジウム（ＬＳＩＴＳ２００８）Ｈ２０．１１．１２−１４、日本国、ＬＳＩテスティング学会、２００８．１１、２６９頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、試料を１００ｎｍ〜３００ｎｍという薄い薄片に加工して、ナノ電子線回折あるいは集束電子線回折を用いて歪を測定する従来の歪測定方法では、試料の減厚過程で歪が緩和してしまい、バルクの試料の歪を測定することは難しい。
【００１０】
また、複数の試料の歪を比較する場合、試料の厚さにより歪の緩和量が異なるため、正確に比較するには複数試料を精密に同じ厚さに加工する必要がある。しかし、ＳＩＭ又はＳＥＭを用いる従来の膜厚測定法では、エッジ効果が画面上での寸法測定の障害となり、精密な膜厚測定が難しい。
【００１１】
さらに、透過電子線強度から膜厚を測定する従来の膜厚測定法では、透過電子線強度が結晶による回折効果の影響を受け易く、結晶基材を含む試料の厚さを精密に測定することは難しい。
【００１２】
高角度散乱電子の電子線強度は、回折効果の影響が小さく、結晶基材の厚さの評価に適している。しかし、高角度散乱電子の電子線強度単独では、試料の厚さの絶対値を測定することができない。このため、従来の試料加工装置では、厚さの測定には用いられていない。
【００１３】
本発明は、薄片に加工された試料の歪をナノ電子線回折あるいは集束電子線回折を用いて測定し、その測定結果に基づいてバルクの試料の歪を知得する歪測定方法、複数試料の歪を精密に比較する歪測定方法、又は、複数試料を精密に同一厚さの薄片に加工することができる試料加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するための本発明は、第１の観点によれば、結晶基材を含む被測定試料を準備する工程と、集束イオンビームの照射により前記被測定試料を減厚して、被測定試料薄片を作製する減厚工程と、前記減厚工程の途中の複数時点で、前記被測定試料薄片に集束電子線を照射して高角度散乱電子の電子線強度を測定する工程と、前記減厚工程の途中の前記複数時点で、前記結晶基材の格子定数を電子線回折法により測定し、測定された前記格子定数から前記被測定試料薄片の歪を算出する工程と、前記複数時点で測定された前記散乱電子の電子線強度及び前記複数時点で算出された前記被測定試料薄片の歪に基づき、散乱電子の電子線強度を変数とする前記被測定試料薄片の歪の近似式を作成する工程と、前記結晶基材の減厚に伴い前記結晶基材の歪緩和が始まる臨界厚さに等しい厚さを有する前記結晶基材に、前記集束電子線を照射したとき測定される高角度散乱電子の電子線強度を臨界電子線強度として予測する臨界電子線強度の予測工程と、予測された前記臨界電子線強度を前記近似式に代入して得られる歪を、前記被測定試料の歪として算出する工程と、を有する歪測定方法として提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、薄片に加工された試料の歪の測定値に基づいて、薄片に加工する前のバルクの試料の歪を知ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態の歪み測定工程図（その１）
【図２】本発明の第１実施形態の歪み測定工程図（その２）
【図３】本発明の第１実施形態の被測定試料断面図
【図４】本発明の第１実施形態の被測定試料薄片の支持構造体斜視図
【図５】本発明の第１実施形態の試料加工装置断面図
【図６】本発明の第１実施形態の加工中の試料配置を表す図
【図７】高角度散乱電子の電子線強度の厚さ依存性を説明する図
【図８】本発明の第１実施形態の歪測定方法の説明図
【図９】本発明の第１実施形態の歪測定方法工程図（その１）
【図１０】本発明の第１実施形態の歪測定方法工程図（その２）
【図１１】本発明の第１実施形態の歪測定結果を表す図
【図１２】本発明の第１実施形態の高角度散乱電子線強度Ｉｏの算出工程図
【図１３】本発明の第１実施形態の標準試料の作製工程断面図
【図１４】本発明の第１実施形態の標準試料薄片の支持構造体斜視図
【図１５】本発明の第１実施形態の標準試料薄片の歪み測定結果を表す図
【図１６】本発明の第２実施形態の歪測定結果を表す図
【図１７】本発明の第３実施形態の歪測定結果を表す図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の第１実施形態は、電界効果トランジスタのチャネル領域の減厚前のバルクの歪みを知得する歪測定方法に関する。
【００１８】
図１は本発明の第１実施形態の歪み測定工程図（その１）であり、歪み測定方法の主要な工程を表している。
【００１９】
図１を参照して、本第１実施形態では、まず、工程Ｓ１で、結晶基材の臨界電子線強度Ｉｏを求める。本明細書中の臨界電子線強度Ｉｏとは、上記結晶基材の減厚に伴い結晶基材中の歪が緩和し始まる厚さ（以下、「臨界厚さｄｏ」という。）を有する結晶基材に、集束電子線を照射したときに測定される高角度散乱電子の電子線強度をいう。即ち、臨界電子線強度Ｉｏを与える臨界厚さｄｏ以上の厚さを有する結晶基材では、歪みは厚さに依存せず一定のバルクの結晶基材の歪みが保存される。他方、臨界電子線強度Ｉｏを与える臨界厚さｄｏ未満の厚さの結晶基材では、歪みは結晶基材の減厚と共に緩和され減少する。この工程Ｓ１の詳細については、後述する。
【００２０】
次いで、工程Ｓ２で、被測定試料を減厚して被測定試料薄片とする。そして、この減圧工程の途中における厚さｄｉ（ｉは自然数、１、２、３・・・を表す）の被測定試料薄片のそれぞれについて、歪みＥｉ、及び、高角度散乱電子の電子線強度Ｉｉを測定する。以下、工程Ｓ２の詳細を説明する。
【００２１】
図２は本発明の第１実施形態の歪み測定工程図（その２）であり、図１中に示す工程Ｓ２の詳細な工程を表している。この工程Ｓ２は、被測定試料の裏面を加工する工程Ｓ２２０から始まり、工程Ｓ２２１〜工程Ｓ２３０の繰り返し工程を含んでいる。
【００２２】
図２を参照して、工程Ｓ２では、まず工程Ｓ２２０で、被測定試料薄片の支持構造体を作製し、被測定試料薄片の裏面を仕上げ加工する。工程Ｓ２２０を説明する前に、まず、歪み測定に供された被測定試料と支持構造体とを説明する。
【００２３】
図３は本発明の第１実施形態の被測定試料断面図であり、被測定試料１として準備された電界効果トランジスタの断面を表している。
【００２４】
図３を参照して、本発明の第１実施形態では、被測定試料１として、ゲート長３０ｎｍ、深さ１０ｎｍのＬＤＤ領域１４ａ（低濃度不純物領域）を有する電界効果トランジスタを作製し、その被測定試料１のチャネル領域（測定領域１０ｃ）の歪を測定した。
【００２５】
この電界効果トランジスタの製造では、まず、（００１）シリコン基板１１の上面に高誘電体膜を含むゲート絶縁膜１２を介してゲート電極１３を形成後、ゲート電極１３の両側のシリコン基板１１に不純物をイオン注入してＬＤＤ領域１４ａを形成した。次いで、ゲート電極１３の両側面に酸化シリコンの側壁１５ａを形成し、その外側に不純物をイオン注入してソース・ドレイン領域１４を形成した。さらに、ゲート電極１３を完全に覆うシリコン酸化膜からなる絶縁膜１５ｂ（側壁１５ａと共に層間絶縁膜１５を構成する。）を形成して、被測定試料１とした。なお、シリコン基板１１は（００１）基板を用い、シリコン基板１１主面に垂直方向（ｚ軸）を＜００１＞、ゲート幅方向（ｙ軸）を＜−１１１＞、ゲート長方向（ｘ軸）を＜１１０＞とした。歪測定は、この被測定試料１のゲート電極１３の中央直下のチャネル領域を測定領域１０ｃとしてなされた。
【００２６】
上述の被測定試料１は、Ｌ字型のブロック形状をなす支持構造体１０に加工し歪み測定に供される。
【００２７】
図４は本発明の第１実施形態の被測定試料薄片の支持構造体斜視図であり、薄片に加工された被測定試料薄片１０Ａを支持する支持構造体１０の形状を表している。
【００２８】
図４を参照して、支持構造体１０は、Ｌ字型のｙｚ断面を有するブロック状をなし、そのＬ字の垂直部の表裏面（ｙ軸に垂直な面）に上端面（ｚ軸方向から見た上端面）から穿たれた凹部１０ａ、１０ｂが形成されている。かかる凹部１０ａ、１０ｂは、周知の集束イオンビームを用いた研削方法により形成することができる。この凹部１０ａ、１０ｂに挟まれた支持構造体１０のＬ字型の上端は、例えば厚さ１００ｎｍ〜３００ｎｍの薄片に加工された被測定試料薄片１０Ａを構成する。
【００２９】
この被測定試料薄片１０Ａは、例えば幅（ｘ軸方向の長さ）が１０μｍ、高さ（ｚ軸方向の長さ）が８μｍの矩形板状に形成される。また、被測定試料薄片１０Ａの主面をなす表面１０Ａ−ａ及び裏面１０Ａ−ｂに、ゲート電極１３の下面近傍、ゲート絶縁膜１２、チャネル領域及びチャネル領域に接するＬＤＤ領域１４ａの断面が表出するように被測定試料薄片１０Ａは作製される。
【００３０】
次に、支持構造体１０を作製するために用いた試料加工装置を説明する。
【００３１】
図５は本発明の第１実施形態の試料加工装置断面図であり、集束イオンビームを用いて試料を作製する試料加工装置５０の主要な構成を表している。
【００３２】
図５を参照して、本第一実施形態で用いられた試料加工装置５０は、真空容器５１内に、集束イオンビーム５２ａ（ｆｏｒｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ）を生成するイオン光学系５２と、集束電子線５３ａを生成する電子光学系５３とを備える。このイオン光学系５２及び電子光学系５３は、集束イオンビーム５２ａと集束電子線５３ａとが互いに鋭角をなして交差するように、例えば５２°±５°の角度範囲で交差するように配置される。さらに、真空容器５１内に、支持構造体１０を保持する支持台５４を備える。
【００３３】
支持台５４は、支持台５４上に保持する支持構造体１０を、被測定試料薄片１０Ａの被測定領域１０ｃを中心にｘ軸（図５の紙面に垂直方向）回りに回動するθ回転軸５４ａと、被測定領域１０ｃを中心にｚ軸（図５の紙面内で被測定試料薄片１０Ａの表面１０Ａ−ｂに平行な方向）回りに回動するＲ回転軸５４ｂとを備える。なお、集束イオンビーム５２ａ及び集束電子線５３ａは、被測定試料薄片１０Ａ上の被測定領域１０ｃ近傍で交差するように配置される。
【００３４】
試料加工装置５０は、さらに、真空容器５１内に、被測定試料薄片１０Ａを透過する電子線を投影するための投影光学系５６と、被測定試料薄片１０Ａを透過した透過電子線５３ｂを検出する透過電子線検出器５７と、被測定試料薄片１０Ａを透過し、高角度、例えば５０ｍｒａｄ〜２００ｍｒａｄの範囲の散乱角で散乱される高角度散乱電子５３ｃの電子線強度（以下「高角度散乱電子線強度」という。）を検出する環状検出器５８とを備える。加えて、被測定試料薄片１０Ａを構成する結晶を透過し、結晶格子により５０ｍｒａｄ未満の回折角で回折された回折パターンを拡大する拡大光学系５６ａと、拡大された回折パターンを検出する手段、例えば２次元電子線検出器５７ａを備える。
【００３５】
工程Ｓ２２０では、まず、被測定試料１からＬ字型の支持構造体１０を切り出す。この切り出された支持構造体１０には、凹部１０ａ、１０ｂは未だ形成されていない。
【００３６】
図６は本発明の第１実施形態の加工中の試料配置を表す図であり、図６（ａ）はシェービングオフ加工時の試料配置を、図６（ｂ）は裏面１０Ａ−ｂの仕上げ加工時の試料配置を、及び、図６（ｃ）は表面１０Ａ−ａの仕上げ加工時の試料配置を表している。
【００３７】
図２を参照して、工程Ｓ２２０では、初めに、被測定試料薄片１０Ａの裏面１０Ａ−ｂ側の凹部１０ｂをシェービングオフにより形成する。
【００３８】
図６（ａ）を参照して、支持構造体１０を保持する図５に示す支持台５４をθ回転軸回りに回転して、被測定試料薄片１０Ａの表裏面１０Ａ−ａ、１０Ａ−ｂが集束イオンビーム５２ａの光軸に平行になるように、即ち、Ｌ字型の支持構造体１０の上端面に垂直に集束イオンビーム５２ａが照射されるように配置する。
【００３９】
次いで、加速電圧２０ＫＶ〜３０ＫＶのＧａ集束イオンビーム５２ａを、支持構造体１０の上端面に垂直に入射して、被測定試料薄片１０Ａの裏面１０Ａ−ｂ側（図４に示す凹部１０ｂが形成された側）を削除し、凹部１０ｂを形成する。この集束イオンビーム５２ａによる凹部１０ｂの形成は、集束イオンビーム５２ａを、被測定試料薄片１０Ａの裏面１０Ａ−ｂに平行に走査し、順次凹部１０ｂの深さ方向（裏面１０Ａ−ｂ側から表面１０Ａ−ａ側へ向く方向）へ走査を移動させて凹部１０ｂを形成するいわゆるシェービングオフによりなされる。
【００４０】
次いで、図６（ｂ）を参照して、支持構造体１０を図５に示すＲ回転軸５４ｂ回りに１８０°回転し、さらにθ回転軸５４ａ回りに回転して、被測定試料薄片１０Ａの裏面１０Ａ−ｂが集束イオンビーム５２ａの光軸に対して３８°で交差するように、即ち裏面１０Ａ−ｂの垂線と集束イオンビーム５２ａの光軸が５２°で交差するように支持構造体１０を配置する。
【００４１】
次いで、シェービングオフより低加速電圧の集束イオンビーム５２ａ、例えば加速電圧２ＫＶ〜５ＫＶのＧａ集束イオンビーム５２ａを、シェービングオフにより形成された凹部１０ｂの底面に照射し、被測定試料薄片１０Ａの裏面１０Ａ−ｂ（凹部１０ｂの底面）を仕上げ加工する。これにより、シェービングオフにより形成された例えば厚さ２０〜３０ｎｍの加工のダメージ層を除去する。なお、集束イオンビーム５２ａの光軸を加工面（裏面１０Ａ−ｂ）から傾けることで、集束イオンビーム５２ａの外周面が加工面に平行になる。その結果、加工面に平行に研削（減厚）が進行するので、裏面１０Ａ−ｂはｘｚ面に平行に加工され、仕上げ加工で発生する裏面１０Ａ−ｂのｘｚ面からの傾きを防止することができる。
【００４２】
この裏面１０Ａ−ｂの仕上げ加工後、制御部５９は工程Ｓ２２１を実行する。
工程Ｓ２２１で、制御部５９（図５参照）は、内蔵するカウンタの値ｉを初期値１に設定する。制御部５９には、予めｉ番目の厚さの目標値が、厚さｄｉとして、ｄｉ＞ｄｉ＋１の順に記憶されている。そして、カウンタの値ｉに従い、加工の目標厚さが厚さｄｉとして選択される。従って、カウンタを１に設定することで、厚さｄｉのうちの最大の厚さｄ１、例えばｄ１＝３００ｎｍが仕上げ加工の目標厚さとして選択される。同様に、カウンタにｉ＝２が設定された場合、２番目に厚い目標厚さｄ２（例えはｄ２＝２００ｎｍ）が選択される。
【００４３】
工程Ｓ２２２では、試料構造体１０を図５に示すＲ回転軸５４ｂ回りに１８０°回転し、さらにθ回転軸５５ａ回りに回転して、再び試料構造体１０を図６（ａ）に示す配置に保持する。即ち、被測定試料薄片１０Ａの表面１０Ａ−ａを集束イオンビーム５２ａの光軸に平行に配置し、Ｌ字型の支持構造体１０の上端面に垂直に集束イオンビーム５２ａが照射されるように配置する。
【００４４】
次いで、加速電圧２０ＫＶ〜３０ＫＶのＧａ集束イオンビーム５２ａを支持構造体１０の上端面に垂直に照射して、シェービングオフにより被測定試料薄片１０Ａの表面１０Ａ−ａ側の凹部１０ａを形成する。このとき、制御部５９は、凹部１０ａの深さを、凹部１０ａ、１０ｂで挟まれる被試料薄片１０Ａの厚さが、目標とする厚さｄ１に仕上げしろを加えた厚さになるように調整する。例えば、仕上がり厚さｄ１＝３００ｎｍのとき、例えば１００ｎｍの仕上げしろを加えて、４００ｎｍを目標厚さとして加工する。
【００４５】
次いで、図２の工程Ｓ２２３を参照して、集束イオンビーム５２ａを用いて試料構造体１０の上端面のＳＩＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｉｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）像を観察し、ＳＩＭ像から被試料薄片１０Ａの厚さを測定する。そして、その測定された厚さが、工程Ｓ２２４で、目標とする厚さ（例えば、ｄ１＋１００ｎｍ）より厚いと判定された場合は、再び工程Ｓ２２３を繰り返す。工程Ｓ２２４で、測定された厚さが目標とする厚さ以下と判定されたとき、制御部５９は工程Ｓ２２５の仕上げ加工を実行する。
【００４６】
工程Ｓ２２５では、図６（ｃ）を参照して、θ回転軸５４ａ回りに支持構造体１０を回転し、被測定試料薄片１０Ａの表面１０Ａ−ａが集束イオンビーム５２ａの光軸に対して３８°で交差するように、即ち表面１０Ａ−ａの垂線と集束イオンビーム５２ａの光軸が５２°で交差するように支持構造体１０を配置する。
【００４７】
この配置で、シェービングオフより低加速電圧、例えば加速電圧が２ｋＶ〜３ｋＶのＧａ集束イオンビーム５２ａを被測定試料薄片１０Ａの表面１０Ａ−ａに照射して、ダメージ層を除去する仕上げ加工を行う。
【００４８】
工程Ｓ２２５の仕上げ加工を所定時間行った後、工程Ｓ２２６の高角度散乱電子の電子線強度の測定を行う。工程Ｓ２２６では、集束イオンビーム５２ａの照射を停止し、集束電子線５３ａを被測定試料薄片１０Ａの表面１０Ａ−ａに垂直に入射する。集束電子線５３ａの加速電圧は、被測定試料薄片１０Ａを高角度散乱電子が透過するように、例えば２００ｋＶ〜３００ｋＶとした。また、集束半角度を１０ｍｒａｄ〜１５ｍｒａｄとした。なお、集束電子線５３ａの入射位置は、歪みを測定すべき被測定領域１０ｃから１μｍ程度離して、被測定領域１０ｃ表面の汚染を防止した。
【００４９】
そして、被測定試料薄片１０Ａ内で高角度散乱された、例えば５０ｍｒａｄ〜２００ｍｒａｄの角度範囲に散乱された電子を環状検出器５８で検出し、電子線強度Ｉ（高角度散乱電子線強度Ｉ）を測定した。
【００５０】
図７は高角度散乱電子の電子線強度の厚さ依存性を説明する図であり、被測定試料薄片の厚さｄと高角度散乱電子の電子線強度Ｉとの関係を表している。
【００５１】
図７を参照して、上述した範囲、例えば５０ｍｒａｄ〜２００ｍｒａｄの範囲の散乱角で散乱される高角度散乱電子の電子線強度Ｉは、周知のように、被測定試料薄片１０Ａの厚さｄ、被測定試料薄片１０Ａを構成する原子量Ｚの二乗及び密度ρに依存する。とくにこの角度範囲の散乱電子線強度は、結晶による回折の影響が、透過電子線５３ｂ強度に比べて著しく小さい。従って、この高角度散乱電子の電子線強度Ｉは、同一組成かつ同一結晶構造（即ち、原子密度が等しい）の試料間では、厚さのみを変数とする単調増加関数となり、厚さに対して一義に定まる。このため、高角度散乱電子の電子線強度Ｉは、被測定試料薄片１０Ａの相対的な厚さを正確に反映する。即ち、同一組成かつ同一結晶構造の試料に対して、高角度散乱電子の電子線強度Ｉが同一ならば、試料の厚さは同一としてよい。
【００５２】
次いで、工程Ｓ２２７で、制御部５９は、測定された高角度散乱電子線強度Ｉを、予め与えられた目標とする高角度散乱電子線強度Ｉｉと比較する。そして、高角度散乱電子線強度Ｉが目標とする高角度散乱電子線強度Ｉｉより小さいとき、再び仕上げ加工工程Ｓ２２６を繰り返す。この目標とする高角度散乱電子線強度Ｉｉは、目標とする厚さｄｉを有する被測定試料薄片１０Ａで生ずべき高角度散乱電子線強度として予め与えられる。後述するように歪の測定精度は、高角度散乱電子線強度の相対値に依存し、その絶対値の精度には依存しない。従って、目標電子線強度Ｉｉは、相対値の精度が高ければよく、その絶対値の精度はとくに必要とされない。高角度散乱電子線強度Ｉが目標とする高角度散乱電子線強度Ｉｉ以上のとき、目標とする厚さまで減圧加工されたとして、次の工程Ｓ２２８を行う。
【００５３】
図８は本発明の第１実施形態の歪測定方法の説明図であり、被測定試料薄片１０Ａに入射する集束電子線５３ａと、工程Ｓ２２８で歪が測定される格子面との位置関係を表している。なお、図８中に、ＬＤＤ領域１４ａの間に設定された、歪が測定されるべき被測定領域１０ｃと、被測定試料薄片１０Ａの表面１０Ａ−ａ及び裏面１０Ａ−ｂに垂直かつ互いに直交する格子面間隔がＬｄ１及びＬｄ２の２つの格子面とが描かれている。後述するようにう、これら２つの格子面間隔を測定して歪を測定した。
【００５４】
図８を参照して、工程Ｓ２２８では、被測定試料薄片１０Ａの歪を測定する。この歪測定工程では、被測定試料薄片１０Ａを、図６（ｃ）に示す工程Ｓ２２６と同一位置に配置し、被測定領域１０ｃに垂直に集束電子線５３ａを入射する。集束電子線５３ａの加速電圧は例えば２００ｋＶ〜３００ｋＶ、集束半角度は５ｍｒａｄとした。そして、被測定領域１０ｃを通過及び回折する電子線を、拡大光学系５６ａを通して２次元電子線検出器５７ａ上に拡大投影した。このとき、２次元電子線検出器５７ａ上に投影され検出される菊地線のうち、互いに平行な欠損線と過剰線とからなる菊地線の組の欠損線と過剰線との距離を測定することで、被測定領域１０ｃの格子定数を測定した。なお、予め歪のない標準結晶を被測定試料薄片１０Ａと同様に加工し、その菊地線の欠損線と過剰線との距離を求めておく。標準結晶として、シリコン基板１１の歪みが小さい領域を用いることもできる。歪は、被測定試料薄片１０Ａと標準結晶との欠損線と過剰線との距離の比として測定される。
【００５５】
図９は本発明の第１実施形態の歪測定方法工程図（その１）であり、（００１）格子面間隔Ｌｄ１の測定工程を表している。図９中、Ｋ１〜Ｋ６を付した直線は菊地線を表している。なお、実線で描かれた菊地線Ｋ１〜Ｋ３は過剰線を表し、破線で描かれた菊地線Ｋ４〜Ｋ６は消失線を表している。また、符号Ｋ１〜Ｋ６に付した（ｈｋｌ）は、菊地線Ｋ１〜Ｋ６を形成する回折格子の面指数を表している。
【００５６】
図９（ａ）を参照して、（−１１０）面からなる被測定領域１０ｃの表面１０Ａ−ａに垂直に集束電子線５３ａを入射すると、２次元電子線検出器５７ａには、透過電子線５３ｂを遮蔽する遮蔽ディスク５７ｂを中心に、上下対象に互いに平行する００４過剰線と００４消失線が２次元電子線検出器５７ａに投影され検出される。
【００５７】
次いで、図９（ｂ）を参照して、被測定試料薄片１０Ａを＜１１０＞軸廻りに傾斜する。これにより、高次の菊地線、例えば００１２過剰線と００１２消失線が現れる。この傾斜角Δ１を調整して、００１２消失線が遮蔽ディスク５７ｂの中心にくるようにする。このとき、傾斜角Δ１は約３．５度であった。
【００５８】
次いで、試料を菊地線に垂直な＜００１＞軸廻りに、他の菊地線の影響が少なくなる傾斜角Δ２まで傾斜する。これにより、菊地線の間隔を測定する際、他の菊地線による測定誤差の発生を小さくすることができる。本第１実施形態では、傾斜角Δ２を約１０度とした。この状態で、００１２過剰線と００１２消失線との間隔Ｌ１を測定し、予め測定された標準結晶との００１２過剰線と００１２消失線との間隔との比から被測定試料薄片１０Ａの歪を算出した。このように、菊地線の間隔を求めることで、１０-3程度の歪を測定することができる。
【００５９】
図１０は本発明の第１実施形態の歪測定方法工程図（その２）であり、（１１０）格子面間隔Ｌｄ２の測定工程を表している。図９中、Ｋ７〜Ｋ１０を付した直線は菊地線を表している。なお、実線で描かれた菊地線Ｋ７〜Ｋ８は過剰線を、破線で描かれた菊地線Ｋ９〜Ｋ１０は消失線を表し、また符号Ｋ７〜Ｋ１０に付した（ｈｋｌ）は、菊地線Ｋ７〜Ｋ１０を形成するの回折格子の面指数を表している。
【００６０】
図１０を参照して、上述した（００１）格子面間隔Ｌｄ１の測定工程と同様にして、（１１０）格子面間隔Ｌｄ２を測定した。この（１１０）格子面間隔Ｌｄ２の測定では、まず、被測定領域１０ｃに垂直に集束電子線５３ａを入射し、遮蔽ディスク５７ｂを中心に上下対象に互いに平行する２−２０過剰線と２−２０消失線を投影する。ついで、被測定試料薄片１０Ａを＜００１＞軸廻りに傾斜角Δ１傾け、８−８０消失線を遮蔽ディスク５７ｂの中心に持ちきたす。次いで、被測定試料薄片１０Ａを＜１１０＞軸廻りに傾斜角Δ２傾け、他の菊地線による妨害を小さくして、８−８０消失線と８−８０過剰線との間隔Ｌ２を測定し、歪の無い標準結晶の間隔と比較して歪を求めた。なお、傾斜角Δ１及び傾斜角Δ２は、それそれ３．２度及び７度であった。
【００６１】
歪の測定工程Ｓ２２８後、工程Ｓ２２９では、制御部５９はカウンターの内容ｉを予め定めた測定回数Ｎと比較する。カウンターの内容ｉがＮ未満であれば、工程Ｓ２３０でカウンターの内容に１を加えて、再び工程Ｓ２２２から工程Ｓ２２９を繰り返す。従って、ｉ＝１、２、・・・，Ｎ番目の加工と測定が順次実行される。即ち、ｉ番目の加工、測定では、被測定試料薄片１０Ａは、目標とされる厚さｄｉに相当する高角度散乱電子線強度Ｉｉを与える厚さに減厚加工され、その厚さにおける歪Ｅｉが測定される。この加工、測定がＮ回繰り返される。他方、カウンターの内容ｉがＮであれば、工程Ｓ２を終了し、図１に示す次の工程Ｓ３を実行する。
【００６２】
図１１は本発明の第１実施形態の歪測定結果を表す図であり、測定された歪と測定された高角度散乱電子線強度との関係を表している。なお、図１１では、測定回数Ｎが３の場合を表している。
【００６３】
図１１を参照して、高角度散乱電子線強度Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３が測定された各減厚段階で、それぞれ歪Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３が測定された。なお歪Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３として、（００１）格子面間隔Ｌｄ１から求めた歪と（１１０）格子面間隔Ｌｄ２から求めた歪との平均値を用いた。また、高角度散乱電子線強度Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３は、厚さｄ１＝３００ｎｍ、ｄ２＝２００ｎｍ、ｄ３＝１００ｎｍを目標として減厚加工した後にそれぞれの厚さの被測定試料薄片１０Ａで測定された強度である。被測定試料薄片１０Ａの厚さに対して、ほぼ直線的に歪は増加している。これは、バルクの歪が減厚とともに緩和されたことを明らかにしている。
【００６４】
工程Ｓ２２９で歪の全ての測定工程Ｓ２２８が終了したと判定されると、図１を参照して、工程Ｓ３で歪の近似式Ｅ（Ｉ）を算出する。図１１を参照して、工程Ｓ３では、高角度散乱電子線強度Ｉを変数とし、高角度散乱電子線強度Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３のときにそれぞれ測定された被測定試料薄片１０Ａの歪Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３を、直線近似による最小自乗法を用いて近似する。図１１中の直線Ｅ（Ｉ）は、算出された歪の近似式Ｅ（Ｉ）のグラフである。
【００６５】
次いで、図１を参照して、工程Ｓ４でバルクの歪Ｅｏを算出する。この工程Ｓ４では、バルクの歪Ｅｏを、工程Ｓ３で算出した歪の近似式Ｅ（Ｉ）に変数Ｉ＝Ｉｏを代入した値Ｅ（Ｉｏ）として求める。このＩｏは、既述のように、バルクの歪みＥｏが減厚と共に減少（緩和）し始める厚さｄｏ（臨界厚ｄｏ）を有する試料で測定される高角度散乱電子線強度Ｉｏである（その知得方法は後述する）。従って、再び図１１を参照して、被測定試料薄片１０Ａの高角度散乱電子線強度ＩがＩ＝Ｉｏとなる厚さｄｏまで、歪みＥは近似式Ｅ（Ｉ）に従って増加する。他方、臨界厚ｄｏ以上の厚さでは、厚さによらず一定のバルクの歪みＥｏになると推量される。即ち、Ｅ（Ｉｏ）は、被測定試料薄片１０Ａのバルクにおける歪みＥｏの推定値を表している。本第１実施形態では，このＥ（Ｉｏ）を被測定試料１のバルクでの歪として知得する。
【００６６】
以下、図１の工程Ｓ１として示した、臨界電子線強度Ｉｏ、即ち臨界厚さｄｏを有する試料で測定される高角度散乱電子線強度Ｉｏの算出方法を説明する。
【００６７】
図１２は本発明の第１実施形態の高角度散乱電子線強度Ｉｏの算出工程図であり，工程Ｓ１の詳細を表している。
【００６８】
図１２を参照して、工程Ｓ１では、まず、工程Ｓ３３０で、標準試料から作製された支持構造体の裏面を加工する。
【００６９】
図１３は本発明の第１実施形態の標準試料の作製工程断面図であり、標準試料２の断面を表している。
【００７０】
図１３（ａ）を参照して、標準試料２の作製では、まず、（００１）シリコン基板１１の主面上にエピタキシャルＳｉＧｅ層２１を形成する。次いで、ＳｉＧｅ層２１上に、＜−１、１、１＞方向（ｙ軸方向）に延在する幅５００ｎｍの開口２２ａを有するハードマスク２２を形成する。その後、ＣＶＤ法を用いて、ハードマスク２２の開口２２ａ内に選択的に例えば厚さ１００ｎｍのＳｉ層２３をエピタキャル成長により形成した。
【００７１】
次いで、図１３（ｂ）を参照して、ハードマスク２２を除去した後、Ｓｉ層２３を被覆する例えば厚さ１μｍのエピタキシャルＳｉＧｅ層２４を形成した。次いで、Ｘ線回折法、例えば平行配置の２結晶法を用いて、シリコン基板１１とＳｉ層２３の格子定数の差を測定し、これからからＳｉ層２３の歪みを算出した。このＳｉ層２３の歪みは、標準試料のバルクの歪みＥｏを表している。
【００７２】
次いで、標準試料２をＳｉ層２３の延在方向に垂直に切り出し、標準試料薄片２０Ａを作製した。
【００７３】
図１４は本発明の第１実施形態の標準試料薄片の支持構造体斜視図であり、標準試料薄片２０Ａを支持する支持構造体２０を表している。
【００７４】
図１４を参照して、支持構造体２０は、既述した第１実施形態の被測定試料薄片１０Ａを支持する支持構造体１０と同様の寸法及び外形を有する。説明を簡略にするため、以下、相違点を主として説明する。
【００７５】
Ｌ字型の支持構造体２０は、下部がシリコン基板１１からなり、Ｌ字の垂直線の上部がＳｉ層２３を挟む２層のＳｉＧｅ層２１、２４から構成されている。そして、Ｌ字の垂直線部分の上部の表裏面２０Ａ−ａ、２０Ｂ−ｂに、それぞれ凹部２０ａ、２０ｂが形成され、凹部２０ａ、２０ｂに挟まれた部分が薄片状の標準試料薄片２０Ａを形成する。
【００７６】
標準試料薄片２０Ａは、標準試料２のＳｉ層２３の延在方向に垂直に切り出される。従って、その表裏面２０Ａ−ａ、２０Ｂ−ｂには、上下をＳｉＧｅ層２１、２４に挟まれたＳｉ層２３の断面が表出する。標準試料２の歪みは、この表出するＳｉ層２３を被測定領域２０ｃとして測定した。かかる標準試料薄片２０Ａは、既述の工程Ｓ２２０〜Ｓ２２９で説明した第１実施形態の被測定試料薄片１０Ａの支持構造体１０の作製工程と同様の工程により、工程Ｓ３３０〜Ｓ３３９を経て作製される。なお、工程Ｓ３３０では、支持構造体２０の裏面側に形成される凹部２０ｂを形成する。この工程Ｓ３３０の加工工程は、既述の工程Ｓ２２０と同様になされる。
【００７７】
次いで、工程Ｓ３３１で、制御部５９はカウンタの内容ｉを１に初期設定する。次いで、工程Ｓ３３２〜Ｓ３４０で標準試料１を厚さｄ’ｉを目標として減厚し、標準試料薄片２０Ａに加工する。その際、目標とする厚さｄ’ｉごとに、歪みＥ’ｉを測定する。この工程Ｓ３３２〜Ｓ３４０は、被測定試料薄片１０Ａに代えて標準試料薄片２０Ａとした他は、図２を参照して説明した第１実施形態の被測定試料薄片１０Ａの減厚加工及び歪み測定の工程Ｓ２２２〜Ｓ２３０と同様である。この結果、厚さｄ’１〜ｄ’Ｎの標準試料２について、それぞれ高角度散乱電子線強度Ｉ’１〜Ｉ’Ｎおよび歪Ｅ’１〜Ｅ’Ｎが測定される。
【００７８】
工程Ｓ３３９でＮ番目の歪み測定、例えばＮ＝４番目の歪み測定が終了したと判定されると、制御部５９は、工程Ｓ２４１で標準試料２について歪みの近似式Ｅ’＝Ｅ’（Ｉ）を算出する。
【００７９】
図１５は本発明の第１実施形態の標準試料薄片の歪み測定結果を表す図であり、標準試料２で測定された歪と測定された高角度散乱電子線強度との関係を表している。なお、図１５は、測定回数Ｎ＝４の場合を表している。
【００８０】
図１５を参照して、高角度散乱電子線強度Ｉ’１、Ｉ’２、Ｉ’３、Ｉ’４が測定された各減厚工程の段階で、それぞれ歪Ｅ’１、Ｅ’２、Ｅ’３、Ｅ’４が測定された。これらの歪Ｅ’１〜Ｅ’４の測定方法は、既述の被測定試料薄片１０Ａの歪みの測定方法と同様である。なお、高角度散乱電子線強度Ｉ’１〜Ｉ’４は、それぞれ加工目標を厚さｄ’１＝３２０ｎｍ、ｄ’２＝２４０ｎｍ、ｄ’３＝１６０ｎｍ、ｄ’４＝８０ｎｍとしたときの各減厚段階での測定値である。
【００８１】
歪は、８０ｎｍ〜３２０ｎｍの範囲で、標準試料薄片２０Ａの厚さとともにほぼ直線的に増加する。図１５中の直線Ｅ’（Ｉ）は、最小自乗法により算出された歪Ｅ’の近似式Ｅ’＝Ｅ’（Ｉ）のグラフを表している。この近似式は、高角度散乱電子線強度Ｉを変数とする直線近似により求めた。
【００８２】
図１５中の曲線６０は、標準試料薄片２０Ａの歪み測定結果から実際の歪Ｅ’として推測される歪Ｅ’と、高角度散乱電子線強度Ｉ’との関係を表している。歪Ｅ’は、バルクの状態、即ち臨界厚さＤｏ以上の厚さでは、厚さに依存しない一定の歪Ｅ’ｏとなる。この歪Ｅ’ｏは、既述のように例えばＸ線回折法により測定される。
【００８３】
本第１実施形態では、工程Ｓ３４２で、近似式Ｅ’＝Ｅ’（Ｉ）を用いて、歪Ｅ’がバルクの歪Ｅ’ｏと等しくなる高角度散乱電子線強度Ｉｏを算出する。即ち、Ｅ’ｏ＝Ｅ’（Ｉｏ）が成立する高角度散乱電子線強度Ｉｏを求める。そして、この高角度散乱電子線強度Ｉｏを、臨界厚さｄｏの標準試料薄片２０Ａで測定される高角度散乱電子線強度Ｉｏとする。
【００８４】
図１５を参照して、この臨界厚さｄｏは、歪の直線近似が有効な範囲、即ち歪が高角度散乱電子線強度とともに直線的に増加すると近似できる上限を示している。即ち、歪Ｅ’は、臨界厚さｄｏ以下では直線近似式Ｅ’＝Ｅ’（Ｉ）により近似され、それ以上の厚さではＥ’＝Ｅ’ｏ（一定の歪）として近似される。
【００８５】
本第１の実施形態では、異なる構造を有する試料間で、即ち標準試料薄片２０Ａと被測定試料薄片１０Ａとの間で、バルクの歪が緩和される臨界厚さｄｏが等しいと仮定する。図１５中の曲線６０を参照して、厚さに対して歪が直線的に変化しない場合、臨界厚さｄｏは、実際の臨界厚さＤｏと必ずしも一致しない。しかし、両試料についてそれぞれ直線近似として歪の近似式Ｅ＝Ｒ（Ｉ）及びＥ’＝Ｅ’（Ｉ）を用いた場合、これらの近似的が成立する上限として（即ち、直線近似式の屈折点として）、臨界厚さｄｏを両方の近似式に適用する。もちろん、より高次の近似式を用いて、より実際の臨界厚Ｄｏに近いｄ０を算出してもよい。
【００８６】
減厚に起因する応力緩和は、結晶格子が膜厚方向に変形して面内応力を緩和することにより生ずるもので、物質固有の物理的特性に依存していると、本発明の発明者は考察する。本第１実施形態では、標準試料薄片２０Ａ及び被測定試料薄片１０Ａとも、歪の測定領域１０ｃ、２０ｃは同一の結晶構造を有する同一方位のシリコン単結晶である。従って、かかる応力緩和が生ずる屈折点、即ち両試料間の臨界厚さははほぼ同一と考えられる。このため、標準試料薄片２０Ａから算出された臨界厚さｄｏを、被測定試料薄片１０Ａの臨界厚さとして適用することができる。
【００８７】
また、本第１実施形態では、減厚加工工程において被加工物の厚さの制御は高角度散乱電子線強度を制御変数としてなされ、精密な厚さ測定は行われない。即ち、厚さの絶対値を測定しない。
【００８８】
従来の減厚加工では、制御変数として制御変数被加工物の厚さの絶対値を測定し、これを目標値に等しくなるように制御していた。かかる被加工物の厚さは、ＳＩＭ像の観測あるいはＥＥＬＳ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｌｏｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて測定されていた。しかし、ＳＩＭによる測定ではエッジ効果が障害となり、精密な厚さ測定は難しい。また、ＥＥＬＳは、結晶格子による散乱の影響を受け易く、結晶性試料の膜厚を精密に測定することは難しい。
【００８９】
これに対して、本第１実施形態で制御変数として用いられる高角度散乱電子線強度は、結晶格子による回折の影響を殆ど受けない。このため、物質及び結晶構造が同一の試料に対して、高角度散乱電子線強度は試料の厚さを正確に反映する。従って、高角度散乱電子線強度を比較することで、結晶性の試料の厚さを精密に比較することができる。
【００９０】
このように、高角度散乱電子線強度を比較することで、厚さの比較、即ち規格化された厚さを精密に比較することはできるが、他方、厚さの絶対値を知得することはできない。本第１実施形態では、歪の近似式を、規格化された厚さ、即ち高角度散乱電子線強度を変数として近似して、バルクの歪を算出する。このため、精密な測定が困難な厚さの絶対値を知得する必要がない。このように、バルクの歪は、精密な測定が容易な高角度散乱電子線強度に基づき導出された歪の近似式から算出されるので、精密に求められる。
【００９１】
なお、本第１実施形態の工程Ｓ２２３及び工程Ｓ３３３において、ＳＩＭを用いて被加工物の厚さの絶対値を測定する。しかし、この工程Ｓ２２３及び工程Ｓ３３３は、おおよその目標値（例えば仕上げ加工の目標厚さより１００ｎｍ以上厚い厚さ）まで減厚加工するいわゆる粗加工であり、２０ｎｍ〜５０ｎｍ程度の精度で測定できればよく、仕上げ加工で要求される高い精度、例えば２〜３ｎｍの測定精度は要求されない。
【００９２】
本発明の第２実施形態は、２つの被測定試料２間で歪の大きさを比較する歪測定方法に関する。
【００９３】
図１６は本発明の第２実施形態の歪測定結果を表す図であり、２つの被測定試料（本第２実施形態の説明では、以下「被測定試料１０Ａ」および「被測定試料１０Ｂ」という。）で測定された歪と高角度散乱電子線強度との関係を表している。
【００９４】
図１６を参照して、本第２実施形態では、まず、基準とされる被測定試料薄片１０Ａを減厚加工して、途中の複数の、例えば２つの異なる厚さに加工した時点における、歪Ｅ’１、Ｅ’２および高角度散乱電子線強度Ｉ’１、Ｉ’２を測定する。そして、この測定結果に基づき、歪の近似式Ｅ’（Ｉ）を算出する。この歪並びに高角度散乱電子線強度の測定、及び歪の近似式の算出は、第１実施形態における被測定試料１０Ａ中の歪、高角度散乱電子線強度及び歪の近似式の測定及び算出と同様になされる。
【００９５】
次いで、比較されるべき第２の被測定試料薄片１０Ｂを減厚加工する。このとき、被測定試料薄片１０Ｂで測定される高角度散乱電子線強度Ｉ３が、先に被測定試料薄片１０Ａで測定された高角度散乱電子線強度Ｉ’１とＩ’２との間の強度になる厚さに加工する。そして、この被測定試料薄片１０Ｂの歪Ｅ３を測定する。測定方法は第１実施形態と同様である。
【００９６】
次いで、基準とされた被測定試料薄片１０Ａの測定から算出された歪の近似式Ｅ’（Ｉ）に、第２の被測定試料薄片１０Ｂで測定された高角度散乱電子線強度Ｉ３を代入し、歪Ｅ’３＝Ｅ’（Ｉ３）を求める。次いで、このＥ’３を被測定試料薄片１０Ａの歪として、第２の被測定試料薄片１０Ｂで測定された歪Ｅ３と比較する。即ち、被測定試料薄片１０Ｂの歪を、被測定試料薄片１０Ａの歪で規格化して比較する。
【００９７】
本第２実施形態の歪測定方法では、比較対象とされる被測定試料薄片１０Ｂの厚さを、高角度散乱電子線強度Ｉ３がＩ１〜Ｉ３の範囲内になるように加工すればよい。このため、加工精度が低くても差し支えなく、試料の作製が容易である。また、比較すべき被測定試料薄片１０Ｂの歪及び高角度散乱電子線強度は１回の測定で足りるから、多数の被測定試料薄片１０Ｂの歪を少ない加工・測定工程で比較することができる。さらに、標準試料１を必要としないので、測定工程が簡易になる。なお、高角度散乱電子線強度Ｉ３がＩ１〜Ｉ３の範囲外にあるときでも、外挿して歪Ｅ’３を求めてもよい。
【００９８】
本発明の第３実施形態は、歪の近似式を算出することなく、ほぼ等しい厚さに加工された複数の被測定試料薄片間で歪を比較する歪測定方法に関する。
【００９９】
本第３実施形態では、まず、複数の被測定試料薄片、例えば３つの被測定試料薄片（本第３実施形態の説明では、以下「被測定試料１０Ａ」、「被測定試料１０Ｂ」および「被測定試料１０Ｃ」という。）を、高角度散乱電子線強度を制御変数として同じ電子線強度になるように減圧し、ほぼ同一厚さに加工する。次いで、加工された被測定試料薄片１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃについてそれぞれ，高角度散乱電子線強度Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３及び歪Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３を測定する。これらの加工及び歪の測定は、第１実施形態と同様にしてなされる。ただし、減厚加工は１段階（Ｎ＝１）とする。
【０１００】
図１７は本発明の第３実施形態の歪測定結果を表す図であり、３つの被測定試料薄片１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃで測定された歪と高角度散乱電子線強度との関係を表している。
【０１０１】
図１６を参照して、３つの被測定試料薄片１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは同一の高角度散乱電子線強度を目標として減厚加工される。従って、これらの被測定試料薄片１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃで測定される高角度散乱電子線強度Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３は、ほぼ等しく、例えば３％程度の加工精度の範囲でばらついている。
【０１０２】
かかる被測定試料薄片１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、第１実施形態で説明した試料加工装置５０により作製される。この試料加工装置５０は、高角度散乱電子線強度を制御変数として仕上げ加工を行う。高角度散乱電子線強度は、回折効果の影響が小さく、精密に例えば３％以下の誤差で測定することがてきる。このため、仕上げ加工の厚さのばらつきを、容易に例えば３ｎｍ以下にすることできる。
【０１０３】
本第３実施形態では、これらの高角度散乱電子線強度Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３は等しいと見做して、即ち厚さは等しいと見做して、被測定試料薄片１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃで測定された歪Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３を互いに直接比較する。被測定試料薄片１０Ａ〜１０Ｃ間の厚さのばらつきは、高角度散乱電子線強度Ｉ１〜Ｉ３のばらつきの程度（例えば３％以下）であり、十分な精度で歪を比較することができる。
【０１０４】
本第３実施形態によると、各被測定試料薄片ごとに１回の加工、歪測定をすれば足りるから、第１及び第２実施形態に較べて測定工程がより簡素化される。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明を半導体装置の結晶性領域の歪の測定に適用することで、結晶中の微小領域の歪を精密に評価することができる。
【符号の説明】
【０１０６】
１  被測定試料
２  標準試料
１０、２０  支持構造体
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ  被測定試料薄片
１０Ａ−ａ、２０Ａ−ａ  表面
１０Ａ−ｂ、２０Ａ−ｂ  裏面
１０ａ、１０ｂ、２０ａ、２０ｂ  凹部
１０ｃ、２０ｃ  被測定領域
１１  シリコン基板
１２  ゲート絶縁膜
１３  ゲート電極
１４  ソース・ドレイン領域
１４ａ  ＬＤＤ領域
１５  層間絶縁膜
１５ａ  側壁
１５ｂ  絶縁膜
２０Ａ  標準試料薄片
２１、２４  ＳｉＧｅ層
２３  Ｓｉ層
２２  ハードマスク
２２ａ  開口
５０  試料加工装置
５１  真空容器
５２  イオン光学系
５２ａ  集束イオンビーム
５３  電子光学系
５３ａ  集束電子線
５３ｂ  透過電子線
５３ｃ  高角度散乱電子
５４  支持台
５４ａ  θ回転軸
５４ｂ  Ｒ回転軸
５５ａ  θ回転方向
５５ｂ  Ｒ回転方向
５６  投影光学系
５６ａ  拡大光学系
５７  透過電子線検出器
５７ａ  ２次元電子線検出器
５７ｂ  遮蔽ディスク
５８  環状検出器
５９  制御部
Ｌｄ１、Ｌｄ２  格子面間隔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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