JPS61292844A - イオンビ−ム形状の測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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。

〔産業上の利用分野〕

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
。

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。

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。

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。

〔従来の技術〕

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

〔発明が解決しようとする問題点〕

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。

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。

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。

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。

従来の方法では、精々１桁どまりである。

〔問題点を解決するための手段〕

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。

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。

〔作用〕

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。

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。

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。

〔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。

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。

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。

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
。

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。

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。

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。

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
。

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。

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。

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。

〔発明の効果〕

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。

【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

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　集束イオンビーム（１）をその走査速度を変えて基板
   （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。