JPS6197828A

JPS6197828A - 荷電ビ−ムによる材料位置検出方法

Info

Publication number: JPS6197828A
Application number: JP59219036A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Nakamura; 和夫中村; Katsumi Mori; 克己森; Susumu Asata; 麻多　進; Shinji Matsui; 真二松井
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1984-10-18
Filing date: 1984-10-18
Publication date: 1986-05-16

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などの半導体へのｎ型、ｐ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得られるようにな
シ、単にエツチングやレジスト露光だけでなく、前記Ｓ
ｔ！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。例えば、雑誌「ジ
ャパニーズ・ジャーナル・オフ・アプライド０フイジツ
クス」２２巻Ｌ２２５〜Ｌ２２６に室内らがＧ　ａ　Ａ
　ｓＯｐ型ドーパントである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
ン注入とテブミクロン加工」の１２５頁に高置らが報告
しているように一１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
上にエツテング等で作製した位置合わせ検出用マーク（
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あシ、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
ジスタ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ＳＮ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
検出信号をもとに徨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・オフ・バキュ
ーム・サイエンス・アンド・テクノロジー」第１５巻ｐ
９０１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、電子ビームよシ質
量が重いために、イオンの飛程が浅くなり、平滑化され
た被着層の浅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ため
、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生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）、被着層が存在した状態で位置合わせ
全精度よくで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わ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
出用マークヤ分に荷電ビームを走査し、発生する２次電
子もしくは万一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、走査速度よシ速い一定の周波数で前記荷電
ビームのオン・オフｔｌ−繰返しつつこの荷電ビームを
走査し、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、位置検出することを特徴とする。

（発明の作用）本発明においては、位置検出すべき材料に一定の周波数
でオン・オフを繰返しつつ荷電ビームを走査し、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Ｋよシ、検出信
号のＳＮ比を飛躍的に向上させる事が可能となる。

また、本発明は、集束イオンビームを用いて材料上の目
合わせマ？キ検出する際、目合わせマーク上に被着層が
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シ８Ｎ比の優れた信号が
得られ、よシ精度の高い目合わせを可能とする。

（実施例）以下、本発明の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はブランキング電極、４はブランキ
ング用アパーチャ、５はコンデンサレンズ、６はＥｘＢ
質量分離器、７は対物レンズ、８は静電型偏向電極、９
は位置検出を行う材料、１１は材料をのせる為の架台で
、１０は架台駆動用モーターである。

本実施例は、材料９上に設けられた目合せ用検出マーク
を集束イオンビームで照射する際に発生する２次電子又
はオージェ電子を検出する検出装置（１２〜１６）を用
いて位置検出を行っている。

即ち、イオンビームが材料７上の目合せ用検出マーク上
を走査される際に発生し交電子は、検出器１２で検出さ
れるが、このイオンビームの７１ＪＥは、制御器１３か
ら走査周期信号を偏向電極８に印加して行われろ、ｌこ
の走査周期よシ高い一定の周波数で、イオンビームをオ
ン・オフさせるように、制御器１３からブランキング電
極３ｔ−制御している。この材料９から検出器１２によ
り得られた検出信号は、位相補正の為の移相器１５を通
して位相弁別検波器１４に導かれ、イオンビーム制御器
１３からブランキング電極３に送った周波数によって位
相弁別検波され、位置検出が行われ、そのデータが表示
系１６へ導かれて表示される。

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９をエツ
チングして得られた「十」字状の凹凸を用いた場合の説
明をする。

第２図（ａ）は第１図の材料９の断面図を示し、２０は
イオンビーム、２１はＧａＡｓ基板、２２は８ｉ０２膜
、２３は８ｉ０２膜ｆ：、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″
″ｃお夛エツチング深さはα７μｍである。第２図（Ｃ
１は０．１μｍのＳｉ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／ｅｅｃに選び、このイ
オンビームを走査する際、イオンビーム制御器数１０ｋ
Ｈｚに選んで、オン・オフをくり返しつつ、目合せマー
ク上を走査し、位相弁別検波を行なった際の検出信号波
形を示したものである。また、第２図（ｂ）に示した波
形は、従来例、即ち目合せマーク上を５０μｍ　／ｓｅ
ｅの走査速度で走査しただけの場合に得られる検出信号
波形であるが、本実施例による位置検出の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ル、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ＧａＡｓ　ＭＢＳＦＥＴを試作
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上つ＜　’）、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金イオン
エネルギー３０ｋｅｖ、ドーズ量２Ｘ１０１２ａｒｔ　
”　テ注入し、更にソース及びドレイン下の領域３３へ
Ｓｉをイオンエネルギー８０ｋｅｖ　、ドーズ量２×Ｉ
　Ｑ１３ｃｍ−２で注入した。ここでソース・ドレイン
間の距離は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被着被着層
上４成した後ＰＭＭＡレジス）ｆ被着し、更にゲート？
！極となる領域上のレジスト表面にＡｕ集束イオンビー
ムを３０ｋｅｙ、７Ｘ１０−’Ｃ／ｃｍ２Ｏ条件テ照射
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）３５ｔ−マスクに、Ｔｉｗ３４
Ｘｔ−ドライエツチングし、ゲート電極３６を形成した
。次に、５ｉ０２膜３７１ｃ被着し、８００″Ｃ。

、４２０分間水素雰囲気中でアニールした後、ノ１ター化し
たレジストを通常の７オトリングラフイを用いて形成し
、パターン化したレジス）ｔ−マスクにソース、ドレイ
ン領域のホーミックコンタクト形成部の開口を行ないＡ
　ｕ　Ｇ　ｅの共晶合金とＮｉによるオーミックメタル
を被着しりフトオフによジオ−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をそ
れぞれ１００個選び閾値電圧ＶＴの平均値及びこのＶ？
の分散σマ〒を測定した。第１表はその結果ｔ−爪して
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ｖｉ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■、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に寄り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、一定の周波数でオ／拳オフをくシ返しつつビー
ムを走査し、この時に材料から発生した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た。

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、従来法と比べ再現性よ（ＦＥ
Ｔ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かである。また、
本実施例では荷電ビームをオン−オフするのにブランキ
ング電極を用いたが、所要の周波数で荷電ビームのオン
・オフができればブランキング電極を用いるスイッチン
グに限られるものではない。即ち、材料上での荷電ビー
ム走査に加え実質的にビームのオン・オフｔ−実施する
ものであれば、その様な方法は本発明に包含される。

【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　　　　
　　、ンビーム装置の一例の構成図、第２図（ａ）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（ｂ）　、　（Ｃ）は
従来法および本実施例の検出信号の波形図、第３図（ａ
）。（ｂ）　、　ＩＣ）は本実施例を用いてＧａＡｓ　　Ｆ
ＥＴを製造プロセス順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　プラ。ンキング電極、４・・・プランキング用アパ
ーチャ％　５・・・コンデノブレンズ、６・・・Ｅ　ｘ
　Ｂ　’］　ｉｔ分析器、７・・・対物レンズ、８・・
・偏向電極、９・・・材料、１０・・・架台駆動用モー
タ、１１・・・架台、１２・・検出器、１３・・・制御
系、１４・・・位相弁別検波器、１５・・・移相器、１
６・・・表示系、２０・・・荷電ビーム―２１・・・基
板、２２・・５ｉ０１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・・・
Ｔｉｖ被ｋＰａ、３５・・レジスト、３６・・・ゲート
電極、３７・・・５Ｉ０２膜、３８・・・オーミック電
極、である。

Claims

【特許請求の範囲】

　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
査速度より速い一定の周波数で前記荷電ビームのオン・
オフを繰返しつつこの荷電ビームを走査し、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。