JPH09229601A - 平面距離スケールおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｃ層とＷ層とを積層してなるスケールにおい
て一方向のみでなく少くとも２方向以上の平面距離スク
ールとその製造方法を提供すること。 【解決手段】 既知の厚さの薄膜層を複数層積層させた
薄膜の断面の１層ずつの厚みを長さの基準として用いる
平面距離スケールにおいて、１平面内に２以上の積層方
向をもつブロック形成し、これらのブロックの積層方向
をそれぞれ測長方向とすることを特徴とする平面距離ス
ケール。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は微細構造物の形状測
定や電子ビーム径の測定が可能になるスケールに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】微細加工技術の向上によりμｍオーダー
以下の微細な構造物の各種の利用が行われている。この
代表的な例としてＬＳＩがあり、現在ではサブミクロン
オーダーの加工技術を使用して生産が行われている。さ
らに最近マイクロマシンなども作製されている。これら
の微細加工において加工後の構造物の形状の計測や微細
加工用電子ビームの形状測定は非常に重要になる。この
ため加工物の形状観察にＳＥＭなどの各種の高分解能の
顕微法が利用されるようになりμｍオーダーでの形状観
察が容易になされるようになってきた。しかしながら、
従来、たとえばＳＥＭにおいて１０００倍程度の倍率で
数１０〜数１００μｍの較正用のパターンを観察し、こ
れを基準にして電気的な外挿手法によりμｍオーダーの
パターンの寸法を推測しているのが実状であり、収差等
の影響により、その絶対的な寸法はわからず、相対的な
寸法値としてのみ意味をもつ。また、原子間力顕微鏡な
ど走査プローブ顕微鏡は原子オーダー（１ｎｍオーダ
ー）の分解能があり、このレベルの領域では各種の結晶
の原子配列をスケールとして用いることができるが、こ
れよりも大きな領域ではＳＥＭと同様絶対的なスケール
は存在しない。さらにこの顕微法では走査をピエゾ素子
を用いて行っているためＳＥＭと比べると収差は桁違い
に大きく、外挿法でその距離を決めた場合大きな誤差を
生じる。いずれにせよ較正用のパターンの大きさと測定
対象の大きさが一致しておらず外挿によりその寸法を推
測しているのが現状である。

【０００３】一部には薄膜、例えばＷとＣなどを積層さ
せその断面を利用する方法がこころみられつつあり、こ
の方法ではそれが現れる以前のスケールに比べ精度がき
わめてよくなった。しかしながら、ＳＥＭでは電子線の
走査方向に平行な方向、原子間力顕微鏡など走査プロー
ブ顕微鏡ではその走査方向に平行な方向など１方向のみ
のスケールにしかならないため、ＳＥＭ観察などで測定
用の試料をある方向に傾けた場合、１方向のみは測定可
能であっても例えばそれに直交する方向については１回
の観察像で測定することができず、試料の向きを回転さ
せ、測定し直すなどの手間が必要であった。また、原子
間力顕微鏡など走査プローブ顕微鏡においても常に測長
したい方向をプローブの走査方向にそろえる必要があっ
た。この場合、数μｍから数１０μｍレベルのサイズで
ある測長器の測長部分をプローブの位置に合わせるため
に調整に手間を要していた。更に、電子ビームのサイズ
を測定する場合においても、ＷとＣなどからなる積層膜
の断面を利用したスケールの積層面に対し垂直な方向に
しか電子線を走査せざるを得ず、それと垂直な方向のビ
ームサイズを測定する場合、スケールの方向を例えば９
０度回転させ、更にビームが測定部に当たるように調整
するために長時間を要した。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来、大きさのオーダ
ーが１ｎｍ〜１０μｍの領域では精度の良い２方向較正
用のパターンがなかったため、ＳＥＭ等各種の顕微法で
は、１度距離較正した方向のみしか正確に測長できな
い。このため、１方向について、距離較正してその方向
のみ測長し、その後、他の測定したい方向に較正用パタ
ーンを回転させ、位置合わせを行った後、距離較正をし
直し、距離を測長する必要があった。この場合、２方向
目の較正を行うのに様々なプロセスが必要でこれに時間
を要し、初期の較正が時間とともにずれてくる可能性が
あった。

【０００５】１０μｍ以下のスケールを機械加工で精度
よく形成することは現状の技術では非常に困難である。
また、ＬＳＩ等の加工に用いられているリソグラフィを
利用しても１００ｎｍ以下の平面スケールは形成するこ
と自体がほとんど不可能であり、また、仮に形成できた
としてもそれ自体のサイズを測定する方法がなかった。
そこで、２ｎｍから１０μｍ程度の厚さの薄膜は、均一
性、制御性の点でも問題なく高精度に各種の材料でかつ
各種の形成法で形成することができ、さらに、その厚さ
は各種の段差計、あるいは、光学的手法で数Å〜１０Å
程度の誤差以内と非常に精度よく測定することができる
ことを利用して、複数の積層薄膜の断面を利用する精度
のよいスケールが考案された。

【０００６】しかしながら、このような薄膜断面利用型
スケールにおいては１次元方向のみしか１度に較正でき
ないため、電子ビームの断面サイズを測長するなど２方
向の測長を行う場合、１方向について、距離較正してそ
の方向のみ測長し、その後、他の測定したい方向に較正
用パターンを回転させ、位置合わせを行った後、距離較
正をし直し、他の測定したい方向の距離を測長する必要
があるなど手間と時間を要していた。本発明は上記の欠
点を除去し、２方向の測走を容易に行うことのできる平
面距離スケールを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明は既知の厚さの薄膜層を複数層積層させた薄膜
の断面の１層ずつの厚みを長さの基準として用いる平面
距離スケールにおいて、１平面内に２以上の積層方向を
もつブロック形成し、これらのブロックの積層方向をそ
れぞれ測長方向とすることを特徴とする平面距離スケー
ルの製造方法を発明の特徴とするものである。さらに本
発明は第一の積層薄膜にホールを形成し、このホールに
第一の積層膜および第一の積層膜の土台となる基板より
も融点の低い材料を、第一の積層膜の垂線とは異なる垂
線に基板を傾けた後、流し込むことで第一の積層膜の基
板面とは異なった傾斜角をもつ第２の積層膜のための土
台面を形成し、この土台上に第２の積層膜を形成した
後、これら積層膜を切断し、切断した多層膜面同志が向
き合うようにして接着剤で接着し、加熱処理を行って接
着剤を硬化し、切片を切り出し、研磨することを特徴と
する平面距離スケールの製造方法を発明の特徴とするも
のである。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明においては基板上に初期の
積層薄膜とは異なる方向に新たに積層薄膜を形成し、あ
るいは、更にこれを繰り返し、２方向以上の方向に積層
膜を形成し、これらの断面を利用して２方向以上に標準
になる距離較正用の平面距離スケールを形成したスケー
ルを作製する。

【０００９】

【実施例】

（実施例１）図１において厚み５ｍｍの鏡面研磨された
Ｓｉウエハ上にｒｆスパッタ法でＣ層２とＷ層３を交互
に４対積層した多層膜を形成した。このときＣの膜厚、
Ｗの膜厚は基板側からそれぞれ３０ｎｍ、２０ｎｍ、１
０ｎｍ、５ｎｍとなるように成膜した。この積層膜のＷ
各層の厚みを電子顕微鏡で観察したところ、いずれのＣ
層、Ｗ層とも設定値からのずれが±０．２ｎｍの厚みで
形成されていることが確認された。この上に、フォトレ
ジスト４を形成し、光露光プロセスを用いて１０μｍ角
の孔１０をレジストに形成し（図２）、イオンエッチン
グにより斜め方向より積層膜に孔１１を形成した（図
３）。この積層膜のついた基板をスパッタ装置内のスパ
ッタターゲット面の垂線から４５度傾けて設置し、基板
温度を４００℃に保持したまま、Ｓｎ７をスパッタし、
孔の中でＳｎの流動によって図４に示すようなＳｎ膜か
らなる面を形成した後、このＳｎ７の上にＣ層とＷ層を
最初の積層膜形成と同一条件で形成した。このあとレジ
ストを除去して２方向の積層面を持つ距離較正用の平面
距離スケールを形成した（図５）。これを電子顕微鏡で
観察したところ、新たに形成したＣ層、Ｗ層からなる積
層膜の中央部において各層の厚みは設定値からのずれが
±０．３ｎｍ以内で形成されていた。

【００１０】（実施例２）実施例１と同様に厚み５ｍｍ
の鏡面研磨されたＳｉウエハ１上にｒｆスパッタ法でＣ
層２とＷ層３を交互に４対積層した多層膜を形成した。
このときＣ層の膜厚、Ｗ層の層厚は基板側からそれぞれ
３０ｎｍ、２０ｎｍ、１０ｎｍ、５ｎｍとなるように成
膜した。この上に、フォトレジストを形成し、光露光プ
ロセスを用いて１０μｍ角の孔をレジストに形成後、イ
オンエッチングにて、積層膜に孔を形成した。この積層
膜のついた基板をスパッタ装置内でスパッタターゲット
面の垂線から４５度傾けて設置し、基板温度を４００℃
に保持したまま、Ｓｎをスパッタし、Ｓｎ膜からなる面
を形成した後、Ｃ層とＷ層からなる積層膜を最初の積層
膜形成と同一条件で形成した。このあとレジストを除去
して２方向の積層面を持つ積層膜を形成し、更に、図６
に示すように、フォトプロセスを用いて、新たに形成し
た初期の積層膜と異なる方位を有する第２の積層膜８の
横に１０μｍ角の孔１２をあけたレジストを形成し、こ
のレジストのついた基板を逆方向に４５度傾け、ＣＦ４
ガスを用いたプラズマからのイオンビームで第１の積層
膜２，３に孔１３をあけ（図７）、最初のＳｎをつける
プロセスと同一のプロセスでＳｎの平坦面を形成し、そ
のＳｎの上に初期の積層膜と同一の第３の積層膜９を形
成した（図８）後、レジストを除去し、３方向の積層面
を持つ積層膜を切断して断面をだし（図９）、多層膜断
面内で約５ｍｍ×１ｍｍ角になるように２個切り出し、
切り出したものを多層膜面同士が向き合うようにして接
着剤で接着し、およそ１０ｍｍ×２ｍｍ×１ｍｍ厚さの
形状にした後、多層膜の断面が見える面を通常の電子顕
微鏡観察用試料作製の研磨技術であるバブ研磨、ディン
プリング、イオンミリングの諸研磨工程を用いて電子ビ
ームがＣ層を充分通過する厚みまで研磨し、距離較正用
測長スケールを形成した（図１０）。図１０において、
１１は基板、２はＣ層、３はＷ層、７は堆積したＳｎ、
８は第２の積層膜、９は第３の積層膜を示す。これを電
子顕微鏡で観察したところ、第１から第３までのいずれ
かの積層膜においてもＣ層、Ｗ層からなる積層膜の中央
部において各層の厚みは設定値からのずれが±０．３ｎ
ｍ以内で形成されていた。

【００１１】ついで、この距離較正用の平面スケールを
用い３０ＫｅＶに加速した電子線ビームのサイズ測定を
行った。第１の積層膜の断面に垂直に走査させたところ
３０ｎｍ、２０ｎｍ、１０ｎｍの厚みのＣ膜断面を通過
したこの電子線の強度は本距離較正用平面距離スケール
が無い場合に測定した電子線ビーム強度のほぼ９５％で
変化がほとんど無かったが、５ｎｍの厚みのＣ膜断面を
通過したこの電子線の強度は本距離較正用平面距離スケ
ールが無い場合に測定した電子線ビーム強度の７５％と
なって、ビームが全ては通過していなかった。このこと
から、この第１の方向のビームサイズは５ｎｍから１０
ｎｍの範囲にあることが判明した。更にこの方向とは９
０度異なる方向にこの電子線を走査させ第３の積層膜の
断面を利用して同様の測定を行ったところ、この電子線
のビームサイズは第１の方向とは９０度異なった方向に
おいても５ｎｍから１０ｎｍの範囲にあることが判明
し、ビームサイズは縦横共に５ｎｍから１０ｎｍの範囲
にあることが判明した。

【００１２】（実施例３）実施例１と同様に厚み５ｍｍ
の鏡面研磨されたＳｉウエハ１上にｒｆスパッタ法でＣ
層２とＷ層３を交互に４対積層した多層膜を形成した。
このときＣ層の膜厚は基板側からそれぞれ３０ｎｍ、２
０ｎｍ、１０ｎｍ、５ｎｍとなるように、また、Ｗ層の
層厚は３０ｎｍで一定になるように成膜した。これを実
施例２と同様の工程で距離較正用測長スケールを形成し
た（図１０）。これを電子顕微鏡で観察したところ、第
１から第３までのいずれの積層膜においてもＣ層、Ｗ層
からなる積層膜の中央部において各層の厚みは設定値か
らのいずれが±０．３ｎｍ以内で形成されていた。

【００１３】ついで、この距離較正用の平面スケールを
用い３０ＫｅＶに加速した電子線ビームのサイズ測定を
行った。第１の積層膜の断面に垂直に走査させたところ
３０ｎｍ、２０ｎｍ、１０ｎｍの厚みのＣ膜断面を通過
したこの電子線の強度は本距離較正用平面距離スケール
が無い場合に測定した電子線ビーム強度のほぼ９５％で
変化がほとんど無かったが、５ｎｍの厚みのＣ膜断面を
通過したこの電子線の強度は本距離較正用平面距離スケ
ールが無い場合に測定した電子線ビーム強度の７５％と
なって、ビームが全ては通過していなかった。このこと
から、この第１の方向のビームサイズは５ｎｍから１０
ｎｍの範囲にあることが判明した。更にこの方向とは９
０度異なる方向にこの電子線を走査させ第３の積層膜の
断面を利用して同様の測定を行ったところ、この電子線
のビームサイズは第１の方向とは９０度異なった方向に
おいても５ｎｍから１０ｎｍの範囲にあることが判明
し、ビームサイズは縦横共に５ｎｍから１０ｎｍの範囲
にあることが判明した。

【００１４】（実施例４）次に本発明のスケールの製造
方法について説明する。図１１の（ｅ）は本件のスケー
ルの出来上がりの平面図を示すもので、（ｄ）図の空間
の部分に接着剤（エポキシ系熱硬化樹脂例えばペトロエ
ポキシ１５４）を充填して、上下方向かせ重ね合わせ
る。次に（ａ）図においてＳｉ基板の上の３角の山は３
種の積層面が形成された状態を示す。次に（ａ）図にお
いて破線で示すように、真ん中より切断し、積層面に接
着剤をぬって貼り合わせ、熱処理をおこなって硬化した
状態を示す。（ｂ）図参照次に貼り合わせたブロック切
断し、（ｃ）図のように上下から研磨して薄くして完成
する。図１１の（ｅ）は本発明のスケールの出来上がり
の平面図を示すもので、（ｄ）図の空間の部分に接着剤
を充填して、上下方向から重ね合わせ、前記の接着剤を
加熱し、硬化したものを示す。

【００１５】

【発明の効果】以上述べたように本発明のスケールは薄
膜の厚みを利用し、かつ、２方向以上の方向のスケール
を持つため、本発明のスケールを使用することで、数１
０ｎｍレベルの高精度測長を１方向測定後、スケール位
置や試料位置を調整し直すという手間なしに、２次元的
に実現できるという効果を有することになる。本実施例
では１層の厚みを４０ｎｍ、２０ｎｍ、１０ｎｍ、５ｎ
ｍにしたがこれは長さに制限があるわけでは無い。ま
た、本実施例では４５度ずつ傾けたスケールを示した
が、スケール平面内で様々な方向にスケールを形成して
おくと一つのスケールで様々な方向の距離の較正が可能
なスケールとなることはいうまでもない。多層膜を切断
するのに多層膜面に対しほぼ垂直にカットしたが、膜面
に対し垂直以外にカットしてもよい。この場合、傾き角
が大きくなるほど垂直にカットした場合よりも大きなサ
イズの測長を行うスケールを作製することができること
もいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】基板上に形成した積層膜の模式図。

【図２】基板上薄膜にレジストを形成したのちフォトプ
ロセスを用いてレジストに孔をあけた状況を示した図。

【図３】レジストの孔を利用してエッチングで積層膜に
孔をあけた状況を示した図。

【図４】積層膜を形成した基板をスパッタ粒子の飛来方
向に対し４５度に傾けて設置し、Ｓｎを基板にスパッタ
した様子を示した図。

【図５】Ｓｎ膜を孔の中に形成後、第２の積層膜を形成
し、リフトオフでレジスト上のＳｎや積層膜を除去し
て、第２の積層膜を孔の中に形成した様子を示した図。

【図６】第２の積層膜を孔の中に形成した基板の傾きを
水平に戻し、レジストを再び形成し、フォトプロセスで
第２の積層膜の横の部分のレジストに孔をあけた様子を
示した図。

【図７】第２の積層膜を孔の中に形成した基板に再度レ
ジストを形成した後、基板を第４図とは逆方向に４５度
傾け、イオンビームで第１の積層膜に孔をあけたことを
示す図。

【図８】第３の積層膜を形成した状況を示す図。

【図９】３方向の積層面を持つ積層膜を切断して断面を
だした状況を示す図。

【図１０】第３の積層膜まで形成した基板を２枚きりだ
し、これらを上下に重ねた様子を示した図。

【図１１】本発明のスケールの製造方法を示し、（ａ）
〜（ｅ）は各工程を示す。

【符号の説明】

１ 基板 ２ Ｃ層 ３ Ｗ層 ４ レジスト ５ イオンビーム ６ Ｓｎスパッタ粒子 ７ 堆積したＳｎ ８ 第２の積層膜 ９ 第３の積層膜 １０ 孔 １１ 孔 １２ 孔 １３ 孔

フロントページの続き (72)発明者 生津 英夫 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 既知の厚さの薄膜層を複数層積層させた
   薄膜の断面の１層ずつの厚みを長さの基準として用いる
   平面距離スケールにおいて、１平面内に２以上の積層方
   向をもつブロック形成し、これらのブロックの積層方向
   をそれぞれ測長方向とすることを特徴とする平面距離ス
   ケール。
2. 【請求項２】 第一の積層薄膜にホールを形成し、この
   ホールに第一の積層膜および第一の積層膜の土台となる
   基板よりも融点の低い材料を、第一の積層膜の垂線とは
   異なる垂線に基板を傾けた後、流し込むことで第一の積
   層膜の基板面とは異なった傾斜角をもつ第２の積層膜の
   ための土台面を形成し、この土台上に第２の積層膜を形
   成した後、これら積層膜を切断し、切断した多層膜面同
   志が向き合うようにして接着剤で接着し、加熱処理を行
   って接着剤を硬化し、切片を切り出し、研磨することを
   特徴とする平面距離スケールの製造方法。