JPS61292844A - Method for determining shape of ion beam - Google Patents
Method for determining shape of ion beamInfo
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- JPS61292844A JPS61292844A JP60134973A JP13497385A JPS61292844A JP S61292844 A JPS61292844 A JP S61292844A JP 60134973 A JP60134973 A JP 60134973A JP 13497385 A JP13497385 A JP 13497385A JP S61292844 A JPS61292844 A JP S61292844A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
半導体装置の製造において、イオンビームを利用した加
工、マスクを用いないイオン注入、イオンビーム露光法
等のプロセスに集束されたイオンビームを用いる用途が
開発されつつあるが、ビームの裾野部分も含めた精度の
高いビーム形状、あるいはビームプロファイルの測定方
法を述べる。[Detailed Description of the Invention] [Summary] In the manufacturing of semiconductor devices, applications are being developed that use focused ion beams in processes such as processing using ion beams, ion implantation without using a mask, and ion beam exposure. However, we will explain how to measure the beam shape or beam profile with high precision, including the beam tail.
本発明は、微細イオンビーム形状の測定方法に係わり、
ビームの裾野部分の電流密度分布を含めて広範囲にわた
って簡便にビームプロファイルを測定する方法に関する
。The present invention relates to a method for measuring a fine ion beam shape,
This invention relates to a method for easily measuring a beam profile over a wide range, including the current density distribution at the base of the beam.
ガス、あるいは金属のイオンを利用したスパッタリング
、あくいはエツチングは半導体の製造プロセスとして広
く用いられているが、これらのプロセスでは通常イオン
を特にビーム状に集束することを必要としない。Sputtering, drilling, and etching using gas or metal ions are widely used as semiconductor manufacturing processes, but these processes usually do not require focusing the ions into a beam.
接方イオンを細いビーム状に絞って利用する方法として
、イオンビーム加工法、あるいはマスクを使用せずビー
ムの走査によってイオン注入する方法、更に、リソグラ
フィ法においてレジストを直接イオンビームで露光する
方法等が脚光を浴びてきている。Methods of focusing tangential ions into a narrow beam and utilizing them include ion beam processing, ion implantation by beam scanning without using a mask, and lithography in which resist is directly exposed to ion beam. has been in the spotlight.
然し、現在このイオンビームの直径を正確に測定する方
法がなく、経験的に簡便法で推定しているに過ぎず、精
度の高い測定法の実現が要望されている。However, there is currently no method for accurately measuring the diameter of this ion beam, and it is only estimated empirically using a simple method, and there is a need for a highly accurate measuring method.
従来のイオンビーム径め測定方法として公知の幾つかを
簡単に説明する。Some known conventional ion beam diameter measurement methods will be briefly described.
第1の方法としてナイフェツジ法と呼ばれるものは、第
4図のごとくイオンビーム1を矢印の方向に走査して、
先端をナイフェツジ形状に加工された部品2の上まで走
査すると、コレクタ3に接続された電流計4に流れる電
流は、ビームの照射位置の関数として測定され、これを
図示すると第5図のごと(になる。The first method, called the Naifetsu method, scans the ion beam 1 in the direction of the arrow as shown in Figure 4.
When the tip is scanned to the top of the knife-shaped part 2, the current flowing through the ammeter 4 connected to the collector 3 is measured as a function of the beam irradiation position, as shown in Fig. 5 ( become.
この電流値を移動距離で微分することにより、第6図の
ごとくビームの位置に対するイオンビーム電流の強度分
布が得られる。これよりビーム形状を推定出来る。By differentiating this current value with respect to the moving distance, the intensity distribution of the ion beam current with respect to the beam position can be obtained as shown in FIG. From this, the beam shape can be estimated.
第2の方法として、第7図のごとく、表面の2次電子放
出率の異なる物質A、Bの境界をもった基板5を準備し
て、第1の方法と同様にAから已にビームを走査して放
出2次電子流を2次電子増倍管6により測定する。As a second method, as shown in FIG. 7, a substrate 5 with a boundary between substances A and B having different secondary electron emission rates on the surface is prepared, and a beam is emitted from A to A in the same manner as in the first method. The secondary electron multiplier tube 6 measures the emitted secondary electron current by scanning.
この結果、第8図のごとき電流値のカーブが得られるが
、これを前と同様に距離に対して微分することによりビ
ーム形状を知ることが出来る。As a result, a current value curve as shown in FIG. 8 is obtained, and by differentiating this with respect to distance as before, the beam shape can be determined.
第3の方法として、基板上の金属薄膜あるいは半導体層
に数種類の幅のエツチング溝を加工しておいて、これに
イオンビームを横方向に走査することにより、これより
発生する2次電子流を測定しその分解能よりビーム径を
知る方法である。A third method is to process etching grooves of several widths in a metal thin film or semiconductor layer on a substrate, and then scan the etching grooves in the lateral direction with an ion beam. This is a method of determining the beam diameter from the measurement and its resolution.
更に、第4の方法として、イオンビームを走査型顕微鏡
として用い、予め既知の線幅のパターンをもった基板を
走査してその分解能よりビーム形状を推定する方法があ
る。Furthermore, as a fourth method, there is a method of using an ion beam as a scanning microscope to scan a substrate having a pattern with a known line width in advance and estimating the beam shape from the resolution.
一般にイオンビームの強度分布は、ガウス分布型と見做
してその強度がピーク値の1/eの値をとるビーム径を
以て、近似的にそのイオンビームの直径と呼んでいる。Generally, the intensity distribution of an ion beam is assumed to be a Gaussian distribution type, and the beam diameter at which the intensity takes a value of 1/e of the peak value is approximately called the diameter of the ion beam.
上記に述べた測定方法では、この近似的なるビーム径を
知るのに精一杯である。ピークより数桁低い電流密度の
裾野の部分の形状は殆ど測定されていない。The measurement method described above is at its best in determining this approximate beam diameter. The shape of the tail of the current density, which is several orders of magnitude lower than the peak, has hardly been measured.
その理由は、全ビーム電流値は非常に小さく、通常10
01)A以下であり、裾野部分の分布を分離測定するこ
とは極めて困難であること、また近似的なる1/eのビ
ーム径測定でも0.1〜0.2μmと極めて微細なビー
ム直径であること、またイオンは電子よりも質量が大き
く、スパッタ現象のため繰り返し測定が出来ないこと等
の理由による。The reason is that the total beam current value is very small, typically 10
01) It is less than A, and it is extremely difficult to separate and measure the distribution at the base, and even when measuring the approximate beam diameter of 1/e, the beam diameter is extremely small at 0.1 to 0.2 μm. Another reason is that ions have a larger mass than electrons and cannot be repeatedly measured due to sputtering.
金属イオン源よりの集束イオンビームを使ったマスクレ
スのイオン注入法においては、ビームの拡がりをピーク
より少なくとも3〜4桁低い電流密度上測定することが
必要である。In maskless ion implantation using a focused ion beam from a metal ion source, it is necessary to measure the beam spread at a current density that is at least three to four orders of magnitude lower than the peak.
従来の方法では、精々1桁どまりである。In the conventional method, it is only one digit at most.
上記問題点は、集束イオンビームをその走査速度を変え
て半導体等の基板上に照射し、複数個の例えば平行線状
の2次電子放射率の異なるパターンを形成する。The above problem is solved by irradiating a substrate such as a semiconductor with a focused ion beam while changing its scanning speed to form a plurality of, for example, parallel linear patterns with different secondary electron emissivities.
しかる後、上記パターンを横切ってビームを走査するこ
とにより、該パターンの2次電子放出景の変化を、2次
電子像として検出して、集束イオンビームの形状を測定
することよりなる本発明のイオンビームの測定方法によ
って解決される。Thereafter, by scanning the beam across the pattern, changes in the secondary electron emission pattern of the pattern are detected as a secondary electron image, and the shape of the focused ion beam is measured. This problem can be solved by using an ion beam measurement method.
イオンビームを基板に照射することにより、基板表面は
非晶質化され、2次電子放出率が低下する。By irradiating the substrate with an ion beam, the surface of the substrate is made amorphous and the secondary electron emission rate is reduced.
イオンビームの基板上での走査速度を変えることにより
、非晶質領域の幅を変化させることが可能で、走査を遅
くすることにより、イオンビームの裾野部分まで非晶質
化したパターンを形成できる。By changing the scanning speed of the ion beam on the substrate, it is possible to change the width of the amorphous region, and by slowing down the scanning, it is possible to form a pattern that is amorphous up to the base of the ion beam. .
即ち、走査速度をコントロールすることによりビーム中
心よりの数桁低いビーム強度の裾野部分のビーム径も測
定可能となる。That is, by controlling the scanning speed, it is possible to measure the beam diameter at the base of the beam, which is several orders of magnitude lower than the beam center.
〔実施例〕
集束イオンとしてガリウム(Ga)、半導体装置として
シリコン(S i)を用いた場合について説明する。G
aの液体金属イオン源から引出したGaイオンを静電型
レンズにより集束し、シリコン基板上を走査した場合に
ついて述べる。[Example] A case will be described in which gallium (Ga) is used as the focused ion and silicon (Si) is used as the semiconductor device. G
A case will be described in which Ga ions extracted from the liquid metal ion source in a are focused by an electrostatic lens and scanned over a silicon substrate.
走査領域ではGaが注入されて結晶は非晶質化する。そ
の結果、Ga照射領域は非照射領域と比較して2次電子
放出率が低下する。これをGaイオンを用いた走査型イ
オン顕微鏡として観察すると、非晶質化領域は黒くなっ
て観察される。In the scanning region, Ga is injected and the crystal becomes amorphous. As a result, the secondary electron emission rate in the Ga irradiated region is lower than that in the non-irradiated region. When this is observed using a scanning ion microscope using Ga ions, the amorphous region is observed as black.
本発明は上記の性質を利用して、集束イオンビームその
ものの強度分布を測定せんとするものである。The present invention attempts to measure the intensity distribution of the focused ion beam itself by utilizing the above properties.
第1図でGaイオンビーム1は100 K e Vで加
速し、40pAの電流値でシリコン基板7に照射される
。In FIG. 1, a Ga ion beam 1 is accelerated at 100 K e V and irradiated onto a silicon substrate 7 with a current value of 40 pA.
照射はシリコン基板上で長さ約60μmの領域を照射し
、最初の走査速度3μm/sとする。次いで照射位置を
隣にずらし、平行に走査速度のみ6μm/sと変えて照
射走査する。The irradiation is carried out over a region approximately 60 μm in length on the silicon substrate at an initial scanning speed of 3 μm/s. Next, the irradiation position is shifted to the adjacent one, and irradiation scanning is performed in parallel with only the scanning speed changed to 6 μm/s.
更に、30μm/s、 60μm/s、 300 μm
73.600μm/s等の比率で走査速度を変えつつ、
シリコン基板にGaイオンを照射する。Furthermore, 30 μm/s, 60 μm/s, 300 μm
73. While changing the scanning speed at a ratio such as 600 μm/s,
A silicon substrate is irradiated with Ga ions.
これを第2図に部分拡大図で示す。照射速度の遅い程、
非晶質化する線幅は拡がったパターンが得られる。This is shown in a partially enlarged view in FIG. The slower the irradiation speed,
A pattern is obtained in which the width of the line that becomes amorphous is expanded.
このパターンを観測するため、同じ集束イオンビームを
用いて高速走査してイオン顕微鏡像を観測すると、先の
走査で非晶質化した線幅の異なるパターンが観測される
。To observe this pattern, when an ion microscope image is observed by scanning at high speed using the same focused ion beam, patterns with different line widths that have been amorphous in the previous scan are observed.
即ち、最も遅い3μm/3で走査せるパターン幅をat
とし、6μm/s、30pm/s等、走査速度の速くな
った場合を、それぞれat+aff等のごとくパターン
幅を測定する。In other words, the pattern width scanned at the slowest speed of 3 μm/3 is at
Then, when the scanning speed is increased to 6 μm/s, 30 pm/s, etc., the pattern width is measured as at+aff, etc., respectively.
これらのデータを縦軸が対数目盛のグラフ用紙にプロッ
トすることにより第3図が得られる。縦軸はビームの電
流密度を表すので、各走査速度に対応した縦軸の位置は
、1. 2.10.20.100等の目盛を用いる
ビームの中心部は理論的には幅は0となるので求めるこ
とは難しいのが、両側のカーブの形状より推定可能であ
る。FIG. 3 is obtained by plotting these data on graph paper with a logarithmic scale on the vertical axis. Since the vertical axis represents the current density of the beam, the position of the vertical axis corresponding to each scanning speed is 1. The width at the center of the beam using scales such as 2.10.20.100 is theoretically 0, so it is difficult to determine, but it can be estimated from the shapes of the curves on both sides.
以上の方法でイオンビームのプロファイルは、裾野部分
を含めて高精度に測定可能であり、全イオンビーム電流
値が既知であるので、ビームの裾野部分での電流密度も
計算可能である。With the above method, the profile of the ion beam including the base portion can be measured with high precision, and since the total ion beam current value is known, the current density at the base portion of the beam can also be calculated.
以上に説明せるごとく、本発明のイオンビーム形状の測
定方法により、従来殆ど測定されなかったビームの裾野
部分での電流密度を正確に測定することが可能となり、
半導体装置の製造に当たりその品質の向上に寄与する拡
大である。As explained above, the ion beam shape measurement method of the present invention makes it possible to accurately measure the current density at the base of the beam, which has rarely been measured in the past.
This is an expansion that contributes to improving the quality of semiconductor device manufacturing.
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図は本発明に測定方法を説明するための概
念図、
第3図は実施例でのイオンビームの形状データ、第4図
、第5図、第6図は従来のナイフェツジ法によるイオン
ビーム径の測定方法を説明する図、
第7図、第8図は従来の2次電子法によるイオンビーム
径の測定方法を説明する図、
を示す。
図面において、
1は集束イオンビーム、
2はナイフェツジ部品、
3はコレクタ、
4は電流計、
5は基板、
6は2次電子増倍管、
7はシリコン基板、
をそれぞれ示す。
第1図
、it4:僧懺゛dP帖丸面
第2FzJ
距龜(μm)
’1才合j列Z−のイオンビームh状′デゝり第3図
第4図
第5図 第6図
第7図
第8図[Brief Description of the Drawings] Figures 1 and 2 are conceptual diagrams for explaining the measurement method of the present invention, Figure 3 is ion beam shape data in the example, Figures 4 and 5, FIG. 6 is a diagram illustrating a method for measuring an ion beam diameter using the conventional Knifezi method, and FIGS. 7 and 8 are diagrams explaining a method for measuring an ion beam diameter using a conventional secondary electron method. In the drawings, 1 is a focused ion beam, 2 is a knife component, 3 is a collector, 4 is an ammeter, 5 is a substrate, 6 is a secondary electron multiplier, and 7 is a silicon substrate. Fig. 1, it4: 2nd FzJ distance (μm) ion beam h-shape of 1st height J row Z- Fig. 3 Fig. 4 Fig. 5 Fig. 6 Figure 7 Figure 8
Claims (1)
(7)上に照射し、複数個の2次電子放射率の異なる線
状のパターンを形成した後、 該パターンを横切ってビームを走査することにより、該
パターンの2次電子放出量の変化を検出し、該集束イオ
ンビーム形状を測定することを特徴とするイオンビーム
形状の測定方法。[Claims] After irradiating the substrate (7) with a focused ion beam (1) while changing its scanning speed to form a plurality of linear patterns with different secondary electron emissivities, the pattern is A method for measuring an ion beam shape, comprising: scanning a beam across the pattern to detect a change in the amount of secondary electron emission of the pattern, and measuring the shape of the focused ion beam.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60134973A JPS61292844A (en) | 1985-06-19 | 1985-06-19 | Method for determining shape of ion beam |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60134973A JPS61292844A (en) | 1985-06-19 | 1985-06-19 | Method for determining shape of ion beam |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61292844A true JPS61292844A (en) | 1986-12-23 |
Family
ID=15140932
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60134973A Pending JPS61292844A (en) | 1985-06-19 | 1985-06-19 | Method for determining shape of ion beam |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61292844A (en) |
-
1985
- 1985-06-19 JP JP60134973A patent/JPS61292844A/en active Pending
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