(57)【要約】【課題】荷電粒子線装置で用いられる非点調整を高精度で行うことのできる校正用標準部材を提供する。【解決手段】荷電粒子線を試料の表面上で偏向により走査させる荷電粒子線装置の収差を校正する校正用標準部材１６において、荷電粒子線の収差を校正する校正パターン３として、同一平面内において、一方向に延在するシリコン層１１とモリブデン層１２とで構成された複数のパターンを有し、パターンの一部が湾曲している。【選択図】図１
2014137872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線を試料の表面上で偏向により走査させる荷電粒子線装置の収差を校正する校正用標準部材において、
前記荷電粒子線の収差を校正する校正パターンとして、同一平面内において、一方向に延在する複数のパターンを有し、前記パターンの一部が湾曲していることを特徴とする校正用標準部材。
【請求項２】
湾曲している前記パターンは、直線パターンに接続され前記同一平面内において閉じていないことを特徴とする請求項１記載の校正用標準部材。
【請求項３】
前記校正パターンは、異なる材料が少なくとも２層以上交互に積層された構造部の断面パターンであることを特徴とする請求項１に記載の校正用標準部材。
【請求項４】
前記校正パターンを構成する前記異なる材料は、軽元素からなる材料と、重金属からなる材料であることを特徴とする請求項３に記載の校正用標準部材。
【請求項５】
前記軽元素からなる材料はシリコンであり、前記重金属からなる材料はモリブデンであることを特徴とする請求項４に記載の校正用標準部材。
【請求項６】
前記交互に積層された構造部において、少なくとも片方の材料の複数の積層のうち少なくともひとつの層は、他の層と膜厚が異なることを特徴とする請求項３に記載の校正用標準部材。
【請求項７】
前記校正パターンは、交互に積層された構造体部の断面パターンであることを特徴とする請求項１に記載の校正用標準部材。
【請求項８】
荷電粒子線を試料の表面上で偏向により走査させる荷電粒子線装置の収差を校正する校正用標準部材の作製方法において、
基板上に直線状の凸部または凹部或いはその両者を形成する工程と、
前記基板上に異なる材料から成る層を少なくとも２層以上交互に積層する工程と、
直線状の凸部または凹部或いはその両者に対して垂直な断面を露出する工程と、を含むことを特徴とする校正用標準部材の作製方法。
【請求項９】
前記直線状の凸部または凹部或いはその両者が一定の間隔で配列されることを特徴とする請求項８に記載の校正用標準部材の作製方法。
【請求項１０】
前記異なる材料は、軽元素からなる材料と、重金属からなる材料であることを特徴とする請求項８に記載の校正用標準部材の作製方法。
【請求項１１】
前記軽元素からなる材料はシリコンであり、前記重金属からなる材料はモリブデンであることを特徴とする請求項１０に記載の校正用標準部材の作製方法。
【請求項１２】
荷電粒子線を試料の表面上で偏向により走査させる荷電粒子線装置の荷電粒子線の収差を校正する校正方法において、
前記荷電粒子線の収差を校正する校正パターンとして、同一平面内において、一方向に延在する複数のパターンを有し、前記複数のパターンの一部が湾曲する校正用標準部材を準備する第１ステップと、
前記校正用標準部材の前記校正パターンの湾曲部に対して複数の方向で荷電粒子線を走査し二次荷電粒子または反射荷電粒子を検出する第２ステップと、
検出された前記二次荷電粒子または反射荷電粒子の信号を用いて前記荷電粒子線の収差を校正する第３ステップと、を有することを特徴とする校正方法。
【請求項１３】
前記校正用標準部材の湾曲している前記パターンは、直線パターンに接続され前記同一平面内において閉じていないことを特徴とする校正方法。
【請求項１４】
前記校正用標準部材の前記パターンは、軽元素からなる材料と重金属からなる材料とで構成されており、
前記第３ステップにおける校正は、前記二次荷電粒子または反射荷電粒子の信号の振幅強度を用いることを特徴とする請求項１３に記載の校正方法。
【請求項１５】
前記軽元素からなる材料はシリコンであり、前記重金属からなる材料はモリブデンであることを特徴とする請求項１４に記載の校正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査電子顕微鏡等の荷電粒子線装置の収差を調整するための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校正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体素子やハードディスク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、半導体素子やハードディスク素子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、走査電子顕微鏡の焦点および非点などの光学校正精度で決定される。これに対し査電子顕微鏡の焦点および非点調整用校正試料として、特許文献１、特許文献２に示されるような校正試料が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１８１０８６号公報
【特許文献２】国際公開第ＷＯ０８／０３２４１６号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、発明者等が検討した結果、今後の更なる微細化を考慮した場合、特許文献１および２の校正試料を走査電子顕微鏡の非点調整に用いるには、以下の課題を有する。
【０００５】
（１）半導体素子の微細化に対応しこれを検査する走査電子顕微鏡に対しても微細素子に対応した高倍率光学条件で非点調整が不可欠でありそのためにはこれを校正する標準部材の校正パターンの微細化も必須である。また（２）半導体素子の微細化に対応し薄膜化が進行してパターン高さも１００ｎｍ以下になっており、ハードディスク素子では平坦な表面での磁性材料の埋め込みパターン寸法を計測する必要がある。このためにより高精度での非点調整を行うためには測定試料と同じ高さ構造を有した校正パターンが必要となる。
まず（１）の課題に対して特許文献１および２の校正試料はパターンとなる円形パターン形成は半導体パターン形成に用いているリソグラフィおよびエッチングで行うことが必須であるが、線幅５０ｎｍ以下で直径１００ｎｍ以下の円パターン形成はきわめて困難である。また、（２）の課題である低段差あるいは平坦構造に対し特許文献１および２の校正試料は段差形状のエッジからの信号で電子ビーム校正を行うとしている。このためにコントラストの高い信号を得るためには１００ｎｍ以上の段差が必要であり、課題である低段差あるいは平坦構造と相容れない構造である。
【０００６】
本発明の目的は、上記課題に鑑み、寸法管理対象素子が更に微細化した場合であっても、電子顕微鏡等の荷電粒子線装置で用いられる非点調整を高精度で行うことのできる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校正方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための一実施形態として、荷電粒子線を試料の表面上で偏向により走査させる荷電粒子線装置の収差を校正する校正用標準部材において、
前記荷電粒子線の収差を校正する校正パターンとして同一平面内において、一方向に延在する複数のパターンを有し、前記パターンの一部が湾曲していることを特徴とする校正用標準部材とする。
【０００８】
また、荷電粒子線を試料の表面上で偏向により走査させる荷電粒子線装置の収差を校正する校正用標準部材の作製方法において、
基板上に直線状の凸部または凹部或いはその両者を形成する工程と、
前記基板上に異なる材料から成る層を少なくとも２層以上交互に積層する工程と、
直線状の凸部または凹部或いはその両者に対して垂直な断面を露出する工程と、を含むことを特徴とする校正用標準部材の作製方法とする。
【０００９】
また、荷電粒子線を試料の表面上で偏向により走査させる荷電粒子線装置の荷電粒子線の収差を校正する校正方法において、
前記荷電粒子線の収差を校正する校正パターンとして同一平面内において、一方向に延在する複数のパターンを有し、前記複数のパターンの一部が湾曲する校正用標準部材を準備する第１ステップと、
前記校正用標準部材の前記校正パターンの湾曲部に対して複数の方向で荷電粒子線を走査し二次荷電粒子または反射荷電粒子を検出する第２ステップと、
検出された前記二次荷電粒子または反射荷電粒子の信号を用いて前記荷電粒子線の収差を校正する第３ステップと、を有することを特徴とする校正方法とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、荷電粒子線装置で用いられる非点調整を高精度で行うことのできる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校正方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施例に係る校正用標準部材の概略図であり、上図は全体斜視図、下図は上図の校正パターン領域の拡大図である。
【図２】図１に示す校正用標準部材を保持ホルダに取り付けたときの断面図である。
【図３】第２の実施例に係る校正方法を説明するために用いた走査電子顕微鏡のステージ部分の斜視図である。
【図４】図３に示した走査電子顕微鏡の全体概略構成図である。
【図５】第２の実施例に係る校正方法を用いて図４に示す走査電子顕微鏡の非点校正を行う際のフローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施例に係る校正方法を説明するための図であり、校正用標準部材上の校正パターンに対する電子ビームの走査方向を示す概略図である。
【図７】本発明の第２の実施例に係る校正方法を説明するための図であり、校正用標準部材上の校正パターンを電子ビームで走査したときの信号波形の概略図である。
【図８】本発明の第２の実施例に係る校正方法を説明するための図であり、校正用標準部材上の校正パターンを電子ビームで走査したときの信号波形の概略図である。
【図９】本発明の第３の実施例に係る校正用標準部材における校正パターンの概略図である。
【図１０】本発明の第３の実施例に係る校正用標準部材における他の校正パターンの概略図である。
【図１１】本発明の第３の実施例に係る校正用標準部材における積層構造部の概略図である。
【図１２】図１１に示す積層構造部を電子ビームで走査したときの信号波形の概略図である。
【図１３】本発明の第１の実施例における校正用標準部材の作製プロセスフロー図である。
【図１４】本発明の第１の実施例における校正用標準部材の作製プロセス図である。
【図１５】本発明の第１の実施例における校正用標準部材の作製プロセス図である。
【図１６】本発明の第１の実施例における校正用標準部材の作製プロセス図である。
【図１７】本発明の第１の実施例における校正用標準部材の作製プロセス図である。
【図１８】本発明の第１の実施例における校正用標準部材の作製プロセス図である。
【図１９】本発明の第１の実施例における校正用標準部材の作製プロセス図である。
【図２０】本発明の第１の実施例における校正用標準部材の作製プロセス図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の代表的な実施例によれば、電子顕微鏡等の荷電粒子線装置で用いられる非点校正を高精度で行なうことが可能となる。非点校正ではビーム形状を真円に近い最小円とする調整を行う。この校正では複数の方向のパターンを用意して各方向でのライン状パターンでのビーム走査で得られる二次電子信号または反射電子信号波形強度を計測して調整を行う。
【００１３】
本発明では同一平面内において、複数の平行した直線パターンからなる直線部とこの直線の一部に該直線と連続しかつ該平面内で閉じない曲線部からなる収差評価用パターンをシリコン等の軽元素からなる層とモリブデン等の重金属からなる層の交互の積層断面により形成した標準部材を用いることにより微細でかつ異なるビーム走査方向に対してコントラストの高い二次電子または反射電子信号を得られ精度の高い校正が可能となる。なお、上記同一平面は、積層膜の断面研磨（洗浄含む）やへき開、材料の違い等により生じる段差及びそれらに相当する段差を含む。
【００１４】
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。なお、各実施例では荷電粒子線装置として主に走査電子顕微鏡を例に説明するが、これに限定されない。
【実施例１】
【００１５】
図１、図２および図１３から図２０を用いて、本発明の第１の実施例を説明する。なお、同一符号は同一構成要素を示す。
【００１６】
まず、図１は、本実施例に係る校正用標準部材１６の概略図であり、上図は全体斜視図、下図は校正用標準部材上面の校正パターン領域５の拡大図を示す。図２は、校正用標準部材１６を保持台である保持ホルダ１７に搭載した断面図である。
【００１７】
校正用標準部材１６は、凸パターン（高さ１００ｎｍ、幅２００ｎｍ、周期１０００ｎｍ）４が形成された多層膜基板２上に軽元素であるシリコン層（厚さ２０ｎｍ）１１および重金属であるモリブデン層（厚さ１０ｎｍ）１２が交互に積層された断面を有しており、この断面はその表面を研磨することで平坦化されて同一平面となっており、かつ密度差の大きな二つの材料からなる積層構造部３には図１の下図に示した校正パターンを含んでいる。なお、上記同一平面は、積層膜が形成された基板の断面研磨（洗浄含む）やへき開等により生じる段差を含む。校正用標準部材１６は、多層膜基板２のほかに基板部１および複数の固定用基板６、７、８と組み合わせて構成されている。この校正用標準部材がアルミ製の保持ホルダ１７に搭載されている（図２）。図１の下図に示した積層による校正パターン（積層構造部）３には、凸パターン４が形成された多層膜基板２上で軽元素であるシリコン層１１および重金属であるモリブデン層１２の交互積層が扇状に曲線部として積層されてゆき、層を重ねるごとに基板面に水平方向に広がりながら平坦化してゆく積層が含まれている。このように図1の下図に示した校正パターン３には断面の同一平面内において、複数の平行した直線パターンからなる直線部とこの直線の一部に該直線と連続しかつ該平面内で閉じない曲線部が形成されている。
【００１８】
このように、校正用標準部材１６は、異なる材料を基板表面に交互に積層させた図１の下図に示した校正パターン３を有する第一の試料断片と第二の試料断片とが、接合された接合基板を備えている。
【００１９】
接合された２部材の断面は、図１、図２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平坦化されている。その最表面の高さは保持ホルダ１７に固定し電子顕微鏡の搭載したときに測定すべき試料６５の高さと一致するように形成されている（図３）。
【００２０】
次に、本実施例に係る校正用標準部材１６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１６は、予め一定のピッチで基板に形成された凸パターン上に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、前記第一、第二の基板を多層膜の表面側と第二の基板を接合した接合基板を形成する接合工程と、この接合基板を第一の基板上のマークパターンにより第１の基板に形成された凸パターンに対して垂直な断面が形成されるように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を有する。
【００２１】
次に、校正用標準部材１６の作製方法の詳細について、図１３に示すプロセスフロー及び関連する構成図（図１４から図２０）に基づいて述べる。
【００２２】
まず、一定ピッチの周期間隔でシリコン基板上に直線状の凸部（または凹部）パターンをリソグラフィとエッチングにより形成する（ステップＳ１０１）。図１４は、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１４（ａ）はシリコン基板３８の斜視図、図１４（ｂ）の上図は（ａ）のＢ−Ｂ’断面図、図１４（ｂ）の下図は（ｂ）の上図の矩形枠部の拡大図である。基板３８上には図１４（ｂ）の下図に示したように凸パターン（高さ１００ｎｍ、幅２００ｎｍ、）４２が周期１０００ｎｍで連続して形成されている。なお、符号４０は十字マークを示す。
【００２３】
次に図１５の多層膜形成基板４３は、校正部となるシリコン層４５とモリブデン層４６の積層構造（校正パターン）４４を、シリコン層を２０ｎｍの厚さ、モリブデン層を１０ｎｍの厚さで交互にスパッタ成膜にてシリコン基板３８上に形成したものである（ステップＳ１０２）。図１５は、上記多層膜基板を示す図であり、図１５（ａ）は多層膜基板４３の斜視図、図５（ｂ）の上図は図１５（ａ）のＡ−Ａ’断面図、図１５（ｂ）の下図は（ｂ）の上図の矩形枠部の拡大図である。基板３８表面に形成された凸パターン（高さ１００ｎｍ、幅２００ｎｍ、）４２上にシリコン層４５とモリブデン層４６の積層構造を有し、凸パターン４２上で軽元素であるシリコン層４５および重金属であるモリブデン層４６の交互積層が扇状に曲線部として積層されてゆき、層を重ねるごとに基板面に水平方向に広がりながら平坦化した多層構造となる。このように図１５（ｂ）の下図に示した校正パターン４４には断面の同一平面内において、複数の平行した直線パターンからなる直線部とこの直線の一部に該直線と連続しかつ該平面内で閉じない曲線部が形成されている。
【００２４】
次に、図１６に示すように正方形角に切り出した基板４７と上記多層膜基板４３を接合する（ステップＳ１０３）。図１７は、本実施例におけるウェーハ接合を示す図である。図１６は二枚の基板４７、４３の斜視図、図１７は図１６のＢ−Ｂ’断面図である。二つの基板４７,４３を、図１６から図１７のように、図１４に示した多層膜基板４３上に形成した二つの十字マーク４０が露出するように、かつ二枚の基板４７、４３を図１７のように、各基板の積層構造４４表面が基板４７と接合されるように、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１７のように貼り合わせる。
【００２５】
次に、接合基板の露出した十字マーク４０のそれぞれの中心位置を基準としてダイシングにより接合基板を第１の基板(多層膜基板)４３に形成された凸パターン４２に対して垂直な断面が形成されるように断面辺が露出した試料断片を図１８のように切り出す。
【００２６】
図１８は、第１の実施例における校正用標準部材の作製プロセスを説明する図であり、図１８の上図は貼り合わせ基板の斜視図、下図は上図の矩形部における断面図である。まず、図１８に示したように、貼り合わせた試料４７,４３を露出した二つの十字マーク４０を基準として所定の幅、例えば長さ１５ｍｍ、幅５ｍｍで校正用標準部材チップ４９を切り出す（ステップＳ１０４）。図１８の下図および図１９に示したように切り出した校正用標準部材チップ４９断面は多層膜基板４３に形成された校正パターンである多層膜部４４および凸パターンを含んだ断面となっている。
【００２７】
さらに、図１９および図２０に示したように、切り出した校正用標準部材チップ４９と位置固定用基板５０，５１，５２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片の校正用標準部材１６になるように貼り合わせる。貼り合わせる校正用標準部材１６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５０，５１，５２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５２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５０，５１で校正用標準部材チップ４９を保持し、位置固定用基板５２に乗せる形で広い面積で接着するので、標準部材チップ（校正用標準部材）１６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。
【００２８】
この校正用標準部材１６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１７の縦横１．５ｃｍ、深さ１．４ｍｍの凹部に校正用標準部材１６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Ｓ１０６）。この保持用ホルダの表面は電子顕微鏡で測定する試料上のパターン高さと一致するように設計されている。
次に、この校正用標準部材１６を電子顕微鏡に搭載する。（ステップＳ１０７）。
【００２９】
発明者等の検討によれば、従来技術である校正パターンをリソグラフィで加工する従来技術では明確な円形パターンの最小の寸法は５０ｎｍ程度が限界である。また従来技術では凹凸パターンからの信号により校正を行うが、最小の寸法は５０ｎｍ程度ではパターン高さも５０ｎｍ程度となるためにエッジ信号が微弱となり特に反射電子検出ではほとんど信号が取れない。近年高精度化に対し凹凸エッジ散乱による計測誤差の少ない反射電子信号による電子顕微鏡計測が重要になってきている。本実施例によれば、校正用のパターンの線幅と間隔を成膜の膜厚で制御することにより１０ｎｍ以下の微細性でかつ垂直断面で測定試料と同じ高さの平坦な面上に配置させることが可能であり、以下に述べる電子顕微鏡の構造により段差部で生じる局所的な表面電界分布が発生せず、正確な校正を行うことができ、さらに校正パターンが材料密度差のコントラストによるパターンエッジ境界のため反射電子検出で校正が可能となり、校正後の電子顕微鏡の測長誤差は安定して０．１ｎｍ程度以内とすることが可能である。
【００３０】
以上、本実施例によれば、荷電粒子線装置で用いられる非点調整を高精度で行うことのできる校正用標準部材及びその製造方法を提供することができる。
【実施例２】
【００３１】
次に、実施例１で作製したシリコン／モリブデン層の積層構造の断面を有した校正用標準部材１６（図２）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。なお、実施例１に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情が無い限り本実施例にも適用することができる。
【００３２】
図３は本発明の第２の実施例に係る校正方法を説明するために用いた走査電子顕微鏡のステージ部分の斜視図、図４は図３に示した走査電子顕微鏡の全体システム概略構成図、図５は本実施例に係る校正方法を用いて図３に示す走査電子顕微鏡の非点校正を行う際のフローチャート図である。
【００３３】
図３、図４に示すように、本実施例では、校正用標準部材６１（実施例１で述べた校正用標準部材１６に相当）を、保持ホルダ６２（実施例１で述べた保持ホルダ１７に相当）に固定し走査電子顕微鏡のステージ６４（図４では符号７６）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（又は７６）上には、測定試料（ウェーハ）６５（図４では符号７４）が積置される。また、このステージ６４（又は７６）には、電子ビーム６３（図４では６９）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７５が接続されている。光学顕微鏡６０（図４では符号７８）は千倍以下の低倍率で測定位置検出を行うものである。符号６６および符号７２は、電子ビーム照射により発生する二次電子または反射電子７３（図３には未記載）を検出する電子検出器である。なお、符号９０は電子ビーム鏡筒を示す。
【００３４】
ここで、図４により、本実施例の校正方法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６９を放出する電子銃（電子源）６７、電子ビーム６９を試料上で走査するための走査偏向器７０、測定試料７４上における電子ビームのフォーカスや非点収差を調整するためのレンズ６８、７１、１次電子線照射により発生する二次電子または反射電子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８０，１次電子線の走査偏向を制御するビーム偏向制御部８１、レンズ７１により非点収差補正制御するレンズ／収差制御部８２，電子検出器７２からの出力信号を処理する信号処理部８３、測定試料７４または校正用標準部材６１が載置されるステージ７６の移動を制御するステージ制御部８４、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８５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（波形演算部８７、このＣＰＵ上で動作する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（校正値記憶部および校正位置記憶部８８）等により構成されている。情報処理装置を含むＳＥＭ制御系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８６、画像表示部８９）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。
【００３５】
次に、走査電子顕微鏡の動作について、図４により簡単に説明する。電子銃（電子源）６７から放出された電子ビーム６９を、レンズ６８，７１および走査偏向器７０により、試料上で走査する。ステージ７６上には、測定試料（ウエーハ）７４がある。ステージ７６には、ビーム加速電圧を制御するために電圧がバイアス電源７５により印加されている。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８５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お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８５に記憶しておき、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制御部８４およびビーム偏向制御部８１の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または反射電子７３を検出する電子検出器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などを行う。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４では、演算部８７、制御部８０，８１，８２，８３，８４，８５、表示部８６、記憶部８８等は情報処理装置を含むＳＥＭ制御系７７に含まれた形態であるが、必ずしも情報処理装置を含むＳＥＭ制御系７７に含まれていなくてもよい。
【００３６】
次に、図４および図５のフローチャートに沿って、校正を行う処理の手順を説明する。まず校正用標準部材６１（実施例１で作製した校正用標準部材１６に相当）を搭載したステージ７６移動により光学顕微鏡７８の下に標準部材を移動し、第１の所定の倍率、例えば五百倍の倍率で図１に示す試料上の凸パターン４と多層膜パターン部（校正パターン）３を検出し、校正場所を特定し校正位置記憶部８８にその座標を記憶する（ステップＳ２００）。次にその座標を基に校正場所を電子ビーム直下にステージ制御により移動する。次に図１の校正パターン３に図４のステージ制御部８４またはビーム偏向制御部８１の制御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７６にマイナス１．５ｋＶの電圧がバイアス電源７５により印加されている。このように上記の手順でステージ制御部８４とビーム偏向制御部８１により図１に示したシリコン層／モリブデン層の積層構造部（校正パターン）３をビーム直下に位置させる（ステップＳ２０１）。このとき校正に用いるパターン位置座標は校正位置記憶部８８に記憶しておく。
【００３７】
次に図６に示したように多層膜基板２の凸パターン４上でシリコン層１１およびモリブデン層１２の交互積層が扇状に曲線部にまず成膜方向に垂直方向１８に電子ビームを走査する。これにより発生した二次電子または反射電子７３を電子検出器７２で検出し、電子信号処理部８３（図４）を通して得られる信号波形を波形表示部８６（図４）で表示し、二次電子信号波形または反射電子信号波形２１（図７）を計測する（ステップＳ２０２）。次にレンズ／収差制御部８２（図４）によりレンズ値を変化させて二次電子信号波形または反射電子信号波形２２（図８）の振幅が最大となるレンズ条件を求める（ステップＳ２０３）。同様の調整を成膜方向（符号１８で示す矢印方向）に−４５度方向１９（図６）および＋４５度方向２０（図６）に電子ビームを走査し、上記と同様にして二次電子信号波形または反射電子信号波形２１（図７）を計測する（ステップＳ２０４）。なお、本実施例では−４５度方向１９および＋４５度方向２０としたが、この角度に限定されない。次にレンズ／収差制御部８２（図４）によりレンズ値を変化させて二次電子信号波形または反射電子信号波形２２（図８）の振幅が最大となるレンズ条件を求める。（ステップＳ２０５）。次に、上記最適レンズ条件でどの方向に対しても二次電子信号波形または反射電子信号波形２２（図８）の振幅が同等であることを確認する（ステップＳ２０６）。そのレンズ条件を校正値記憶部８８（図４）に記憶する（ステップＳ２０７）。このように反射電子信号に対しても電子顕微鏡の非点校正が可能になり、校正後の電子顕微鏡の測長誤差は安定して０．１ｎｍ程度以内とすることが可能である。
【００３８】
図３に示した校正用標準部材６１の表面は１μｍ以内の段差で略同一平面であることから、バイアス電源７５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、校正後の電子顕微鏡の測長誤差は安定して０．１ｎｍ程度以内が得られた。
【００３９】
なお、本実施例で用いた校正用標準部材は、図４に示した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。
以上、本実施例によれば、荷電粒子線装置で用いられる非点調整を高精度で行うことのできる校正用標準部材を適用した校正方法を提供することができる。
【実施例３】
【００４０】
第３の実施例について図９を用いて説明する。なお、実施例１又は２に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情が無い限り本実施例にも適用することができる。
【００４１】
上記実施例では、図１に示すように標準部材基板上に直線状の凸部４を設ける例について説明したが、図９に示すように多層膜基板２に凹部２４を設ける構造でも同様にシリコン層２５およびモリブデン層２６の交互積層が扇状に曲線部として積層されてゆき、同等の効果が得られる。同様に図１０に示すよう凸部と凹部を混在して設ける構造２８でも同様にシリコン層２９およびモリブデン層３０の交互積層が扇状に曲線部として積層されてゆき、同等の効果が得られる。特に図１０に示した凸部と凹部を混在して設ける構造２８では多様な扇状に曲線部が出現するので多様なビーム走査方向での校正が可能となる。
【００４２】
さらに図１１に示すように校正パターンには凸パターン３２上でシリコン層（厚さ２０ｎｍ）３３およびモリブデン層（厚さ１０ｎｍ）３４の交互積層が扇状に曲線部として積層されてゆき、層を重ねるごとに基板面に水平方向に広がりながら平坦化してゆく。この積層では第３層目のモリブデン層５３の厚さを５ｎｍ、第４層目のモリブデン層５４の厚さを１ｎｍで成膜を行った。段差による第３層目のモリブデン層５３の厚さの分布は５ｎｍに対して０．１ｎｍ以下、第４層目のモリブデン層５４の厚さの分布は１ｎｍに対して０．１ｎｍ以下であった。他の作製工程は実施例１と同様である。本校正用標準部材を用いて図１１に示すように多層膜の積層方向（基板主面に対して垂直方向）にビーム走査を行った際に得られる反射電子信号波形３５を図１２に示す。第３層目のモリブデン層５３（厚さ５ｎｍ）、第４層目のモリブデン層５４（厚さ１ｎｍ）からの反射電子信号３６，３７が検出されている。校正している電子顕微鏡のビーム径は１ｎｍであるが、上記結果である第４層目のモリブデン層５４（厚さ１ｎｍ）からの反射電子信号３７が検出されていることから、校正後の装置分解能が最適な条件であることが確認できた。このように本実施例では従来にない微細構造であることから非点調整のみならず、従来構造では出来なかった分解能評価も可能であり、かつ反射電子信号に対しても対応可能な機能を備えている。
【００４３】
以上示したように、本実施例によれば、荷電粒子線装置で用いられる非点調整を高精度で行うことのできる校正用標準部材及びその製造方法並びにその校正方法を提供することができる。また、校正パターンを構成する膜の厚さを変えることにより、荷電粒子線の分解能評価も可能となる。
【００４４】
以上、本願発明を詳細に説明したが、以下に主な発明の形態を列挙する。
（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。同一平面内において、複数の平行した直線パターンからなる直線部とこの直線の一部に該直線と連続しかつ該平面内で閉じない曲線部からなる収差評価用パターンであることを特徴とする。
（２）前記収差評価用パターンはシリコン等の軽元素からなる層とモリブデン等の重金属からなる層の交互の積層断面でかつその断面が平坦である標準部材を用いることにより微細でかつ異なるビーム走査方向に対してコントラストの高い二次電子または反射電子信号を得られることを特徴とする。
（３）前記標準部材の作製方法では標準部材基板上に直線状の凸部または凹部を設ける工程と該基板上に異なる材料が少なくとも２層以上交互に積層する工程と直線状の凸部に対して垂直な断面を設ける工程を含むことを特徴とする。
（４）前記標準部材を用いた校正方法としては、同一平面内において、複数の平行した直線パターンからなる直線部とこの直線の一部に該直線と連続しかつ該平面内で閉じない曲線部からなる収差評価用パターンに対し前記曲線部の複数の方向でビーム走査して得られる二次電子または反射電子を検出してこれらの信号の振幅強度を用いて校正することを特徴とする校正方法。
【００４５】
本実施の形態の校正パターン形成における線幅および線間隔の制御にはリソグラフィではなく基板上への成膜の膜厚制御により行うために１０ｎｍ以下までの線幅および線間隔の制御が可能となり校正パターンの微細化を実現できる。さらに１０ｎｍ以下までの線幅パターンと電子ビームのビーム径と同等寸法のパターン形成が可能となるために非点のほかに装置の分解能評価調整も可能となる。さらに収差評価用パターンをシリコン等の軽元素からなる層とモリブデン等の重金属からなる層の交互の積層断面により形成するために凹凸のない平坦な表面に材料密度コントラストの高い境界エッジからなる収差評価用パターンが形成でき低段差あるいは平坦構造の収差評価用パターンを有した標準部材が可能となる。これにより、正確な非点校正を行うことができかつ常に安定した非点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。
【００４６】
なお、本発明は上記した実施例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、上記した実施例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、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例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。
【符号の説明】
【００４７】
１，３８，４７…基板、２，４３…多層膜基板、５…校正パターン領域、４，２４，２８，３２，４２…基板表面に形成された凸又は凹パターン、６，７，８，５０，５１，５２…固定用基板、３、４４…積層構造部（校正パターン）、１６…校正用標準部材、１７，６２…保持ホルダ、１１，２５，２９，３３，４５…シリコン層、１２，２６，３０，３４，４６，５３，５４…モリブデン層、１８，１９，２０…電子ビーム走査、２１，２２，３５，３６，３７…二次電子信号波形または反射電子信号波形、４０…十字マーク、４９…校正用標準部材チップ、６１…校正用標準部材、６０，７８…光学顕微鏡、６７…電子銃、６３，６９…電子ビーム、６８，７１…レンズ、７０…走査偏向器、６４，７６…ステージ、６５，７４…測定試料、６６，７２…電子検出器、７３…二次電子または反射電子、７５…バイアス電源、７７…情報処理装置を含むＳＥＭ制御系、８０…レンズ制御部、８１…ビーム偏向制御部部、８２…レンズ/収差制御部、８３…信号処理部、８４…ステージ制御部、８５…光学画像処理部、８６…波形表示部、８７…波形演算部、８８…校正値記憶部および校正位置記憶部、８９…画像表示部、９０…電子ビーム鏡筒。
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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