JPS6197827A - 荷電ビ−ムによる材料位置検出方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、電子ビームや集束イオンビームなどの荷電ビ
ームを用いて、加工、露光、イオン注入。

堆積等を行なう場合の材料位置検出方法に関するもので
ある。

（従来技術とその問題点） 近年、集束イオンビームの技術が急速に進展し、８ｉ　
’？ＧａＡｓの半導体へのｎ型、ｎ型ドーパントとなる
各種のイオンがイオンビームとしてｉられるようになシ
、単にエツチングやレジスト露光だけでなく、前記８ｉ
＋ＧａＡｓなどの半導体材料に直接マスクレスで微細領
域へのイオン注入が可能となった０例えば、雑誌「ジャ
パニーズ・ジャーナル・オプ・アプライドｅフィジック
ス」２２巻Ｌ２２５−Ｌ２２６に宮内らがＧ　ａ　Ａ　
ｓのｐ型ドーパントテするＢｅ、ｎ型ドーパントである
Ｓｉを同一のイオン源からとる事を報告している。また
、予稿集「理化学研究所シンポジウム第１５回イオン注
入とサブミクロ／加工」の１２５頁に、高含らが報告し
ているように、集束イオンビームによる金属膜などの堆
積も試みられるようになってきている。このように応用
範囲の広い集束イオンビーム技術を用いて各種デバイス
を作製する場合、特に複数回にわたるプロセスの際やイ
オン種、加速電圧の切換えの際にはイオンビームと材料
との位置合わせが不可欠になる。

従来、このイオンビームと材料との位置合わせは、材料
上にエツチング等で作製した位置合せ検出用マーク（以
後目金わせマークと呼ぶ）の上をビームで走査した時に
得られる信号により行なっている。これは電子ビームで
確立されてきた技術でラシ、現在イオンビームにそのま
ま応用されてきているが、いくつかの問題点が生じてい
る。

デバイス作製プロセスにおいては、目合せマーク上にレ
ジストや絶縁膜などの被着層が存在した状態で位置合わ
せか、必要となる場合が多い。この目合せマーク上にレ
ジストや絶縁膜が被着すると、マークの段差は平滑化さ
れ、目合せマークからの検出信号の８Ｎ比は極端に低下
するため、その位置検出誤差が大きくなるという問題が
ある。

電子ビームの場合では、この８Ｎ比の低下から生ずる位
置合せの誤差を軽減するために、複数回の目合せによる
検出信号をもとに種々の信号処理を行なっている。この
信号処理については雑誌「ジャーナル拳オフーバキュー
ム・サイエンス・アンド・テクノロジー」第１５巻９０
１頁にスティッケルが議論を行なっている。

これに対し、イオンビームの場合は、電子ビームよ）質
量が重いためにイオンの飛程が浅くなシ、平滑化された
被着層の良い部分からの信号のみを検出する事になる。

又、イオンビームでは電子ビームに比べて、格段にスパ
ッタイールドが高いために、同一の目合せマークを複数
回走査する事で、目合せマークがスパッタされる丸め、
電子ビームのように複数個の検出信号をもとに信号処理
する事も困難であるという問題が発生していた。

この問題を回避するため、目合せマーク上の被着層を除
去する事が考えられるが、プロセスの簡素化には逆行し
得策ではない。又、目合せマーク　　　　　、。

上の被着層は目合せマークそのものがイオンビームによ
ってスパッタされる事を防ぐ効果もあり、被着層が存在
した状態で位置合わせ全精度よくてきる技術の開発が必
要不可欠である。

（発明の目的） 本発明の目的は、以上の点を考慮し、荷電ビームと材料
の位置合せを行なう際、特に目合せマーク上に被着層が
存在する場合の位置合せの誤差を軽減した荷電ビームに
よる材料位置検出方法を提供することにある。

（発明の構成） 本発明の構成は、基板材料上に設けられた位置合わせ検
出用マーク部分に荷電ビーム金走査し、発生する２次電
子もしくはオージェ電子の検出により得られた検出信号
を用いて前記基板材料の位置検出を行う材料位置検出方
法において、走査速度よりも高速でかつ位置合わせ検出
用マークの幅より短かい振幅の一定周波数で、前記材料
をのせる架台を振動させ、前記検出信号における前記周
波数を用いて位相弁別を行い、位置検出をする事１ｒ：
特徴とする。

（発明の作用） 本発明においては、位置検出すべき材料をのせる架台を
、一定の周波数及び振幅の振動運動させ、その材料から
発生する２次電子またはオージェ電子の検出信号のうち
前記周波数成分のみを取出すことくよシ、検出信号のＳ
Ｎ比を飛開的に向上させる事が可能となる。

り上に被着層があってＳＮ比が悪くなる場合に特に有効
に使用し得るが、集束イオンビーム以外の荷電ビームを
用いる場合の目合せマーク検出の際゛にも従来よｐ８Ｎ
比の優れた信号が得られ、よ）精度の高い目合わせを可
能とする。

（実施例） 以下、本発明を集束イオンビームの場合の実施例につい
て図面を参照して詳細に説明する。

第１図は本発明の実施例に用いる集束イオンビーム装置
の一例の基本的構成を示した構成図である。図中、１は
エミッター、２は引出し電極、３はジンデンサレンズ、
４はＥｘＢ質量分離器、５は対物レンズ、６は静電型偏
向電極、７は位置検出を行う材料、８は材料をのせる為
の架台、９は架台８の駆動用モーター、１０は架台８に
一定周波数の振動を加える電歪アクチュエータ等の電歪
素子である。

本実施例は、材料７上に設けられた目合せ用検出マーク
を集束イオンと一ムで照射する際に発生する２次電子又
はオーシュ電子を検出する検出装置１１〜１５ｔ−用い
て位置検出を行っている。即ち、イオンビームが材料７
上の目合せ用検出ｆｆ　−り上を走査される際に発生し
た電子は、検出器１１で検出されるが、このイオンビー
ムの走査は、制御器１２から走査同期の信号を偏向電極
６に重畳して行われる。ｌこの走査同期よシ高い一定の
周波数の振動運動を制御器１２から電歪素子１０に印加
して架台８ｆｔ振動させる。この振動した材料７から検
出器１１により得られた検出信号は、位相補正の為の移
相器１４全通して位相弁別検波器１３に導かれ、イオン
ビーム制御器１２から電歪素子１０に送った周波数によ
って位相弁別検波され、材料７上のマークの位置検出が
行われ、表示系１５へ表示される。

この集束イオンビーム装置を用いて、目合せ用マークと
して１０μｍ幅でＧ　ａ　Ａ　ｓ基板の材料７をエツチ
ングして得られた「十」字状の叩凸を用いた場合の説明
をする。

第２図（ａ）は第１図の材料７の断面図を示し、２０は
イ、ｔ　７　ｋ’　−Ａ、２１はＧａＡｓ基板、２２は
８ｉ０、膜、２３はＳ　ｉ０２膜２２を５０００Ａ被着
した目合せ用検出マークである。このマーク２３の幅゛
Ｗは１０μｍであシ、エツチング深さは０．７μｍであ
る。第２図（Ｃ１は０．１μｍの８ｉ集束イオンビーム
を用いて、目合せマーク上を走査速度５０μｍ／ｓｅａ
に選び、このイオンビームを走査する際、イオンビーム
に振幅α５μｍ周波数１０ｋＨｚに選んだ振動運動を加
え、目合せマーク上を走査し位相弁別検波を行った際の
検出信号波形を示したものである。

なお、第２図（ｂｌ　Ｋ示した波形は、従来例、即ち目
合せマーク上ｔ−５０μｍ／ｓｅａの走査速度で走査し
ただけの場合に得られた検出信号波形であるが、位置検
出のＳＮ比が格段に向上していることが解る。

したがって、本実施例により測定したデータにより、イ
オンビームの位置合せを行う場合、その目合せ精度が格
段に向上することは明らかである。

次に、本実施例を用いてＧａＡｓＭＥ８ＦＥＴｔ試作し
た例について述べる。

第３図（ａ）〜（Ｃ）はその試作工程順の素子断面図で
ある。まず、半絶縁性Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板３１上に、第
２図（ａ）と同様の目合せマークをつ（９、Ａｕ−８ｉ
−Ｂｅの共晶合金をイオンソースとする集束イオンビー
ムにより、ゲート下の動作層３２にＳｉをイオンエネル
ギー３０ｋｅｗ、ドーズ電量２Ｘ１０１２ａ−２′で注
入し、更にソース及びドレイン下の領域３３へＢｉｔ−
イオンエネルギー８０ｋｅｖ　、ドーズ量２Ｘ１０１３
ＣＩｒＬ−２で注入した。ここでソース・ドレイン１回
の距離は０．８μｍになるよう注入領域を制御した（第
３図（ａ））。次に、全面にＴｉＷ被着層３４ｔ−形成
した後、ＰＭＭＡレジストを被着し、更にゲート電極と
なる領域上のレジスト表面にＡｕ集束イ、ｔンヒ−ム１
３０ｋｅＶ、　　７Ｘ１０−’　Ｃ／ｃｔｒ？の条件で
照射し、レジスト表面が、酸素ガスを用いた反応性イオ
ンエツチングに対する耐性を有する様にレジスト表面に
モディフィケーションを生ぜしめた。ここでＡｕ集束イ
オンビームを照射した幅は０．５μｍ゛となる様制御し
た。次に、酸素ガスを用いた反応性イオンエツチングに
より、モディフィケーションを起した部分３５以外のレ
ジストを除去した。次に、残置したレジスト３５ｔ−マ
スク１ｃ１ＴｉＷ”３４をドライエツチングしゲート電
極３６′ｔ−形成した。次に、５ｉＯｚ膜３’ｌ被着し
、８００°０　２０分間水素雰囲気中で７ニールした後
、パターン化したレジストを通常のフォトリングラフィ
を用いて形成し、パターン化したレジストをマスクにン
ース、ドレイン領域のオーミックコンタクト形成部の開
口を行ない、ＡｕＧｅの共晶合金とＮｉによるオーミッ
クメタルを被着しり７トオフによりオーミック電極３８
を形成し、合金化処理を経てＦＥＴの製造を完了した。

なお、比較のため集束イオンビームを用いるプロセスに
おいて、従来法の位置検出法を用いたＦＥＴも製造した
。本実施例の方法と従来法により製造されたＦＥＴ’ｉ
それぞれ１００個選び、閾値電圧Ｖアの平均値及びこの
Ｖ？の分散σ７？ヲ測定した。第１表はその結果を示し
ている。

第１表 この表から明らかなように、本実施例により製造された
ＦＥＴのＶ！の平均値は設計値とよく一致し、またばら
つきも小さい。これに対し従来法によるものではＶ！の
平均値は深く、またばらつきも大きい。これは従来法で
は位置検出誤差が大きく、そのためゲート電極がソース
もしくはドレイン領域寄って形成されたためと考えられ
る。

（発明の効果） 本発明によれば、荷電ビームによって材料位置を検出す
る際に、一定の周波数及び振幅によって架台を電歪素子
によって振動させ、この時に発生した２次電子もしくは
オージェ電子による検出信号のうち前記周波数の信号を
検出信号として用いる事により、目合せ精度を飛躍的に
向上させる事ができ念。

なお、本実施例では、集束イオンビームによりＧａＡｓ
　　ＦＥＴを作製する際に１従来法と比べ再現性よ（Ｆ
ＥＴが作製できる事を確かめたが、本発明は集束イオン
ビームのみに限られるものではなく、電子ビームなどの
一般の荷電ビームに応用できる事は明らがである。また
、架台の振動方法も本実施例では電歪素子を用いたが、
所要の周波数及び振幅によって架台を振動させる事がで
きれば電歪素子だけに限られるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に用いられる集束イオンビーム
装置の構成図、第２図（ａｌは第１図の材料の被着層が
ある目合せマーク上を荷電ビームで走査する場合の断面
図、第２図（ｂＪ　、　（Ｃ）は従来法および本実施例
の検出信号の波形図、第３図（ａｌ　、　（ｂ）　。 （Ｃ）は本実施例を用いてＧ　ａ　Ａ　ｓのＦＥＴを製
造プロセス類に示した断面図である。 図において、１・・・エミッタ、２・・・引出し電極、
３・・コンデンサレンズ、４・・・ＥｘＢ質量分析器、
５・・・対物レンズ、６・・・偏向電極、７・・・材料
、８・・・架台、９・・・架台駆動用モータ、１０・・
・電歪素子、１１・・・検出器、１２・・・制御系、１
３・・・位相弁別検波器、１４・・・移相器、１５・・
・表示系、２０・・・荷電ビーム、２１・・・基板、２
２・・・８ｉ０２膜、２３・・・目合せ用マーク、３１
・・・半絶縁性Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板、３２・・動作層、
３３・・・ソース及びドレイン領域、３４・・・ＴｉＷ
被着層、３５・・・レジスト、３６・・・ゲート電極、
３７・８ｉ０２．３８・・・オーミック電極、である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　基板材料上に設けられた位置合わせ検出用マーク部分
   に荷電ビームを走査し、発生する２次電子もしくはオー
   ジェ電子の検出により得られた検出信号を用いて、前記
   基板材料の位置検出を行う材料位置検出方法において、
   走査速度よりも高速でかつ位置合わせ検出用マークの幅
   より短かい振幅の一定周波数で、前記材料をのせる架台
   を振動させ、前記検出信号における前記周波数を用いて
   位相弁別を行い、位置検出をすることを特徴とする荷電
   ビームによる材料位置検出方法。