JP2008256526A - Nanowire crosslinking device utilizable for shape measurement of electron beam - Google Patents

Nanowire crosslinking device utilizable for shape measurement of electron beam Download PDF

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洋志 菅
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nanowire crosslinking device capable of measuring the shape of a fine electron beam by a simple method, its forming method, and an electron beam shape measuring method applying the device. <P>SOLUTION: In the forming method of the nanowire crosslinking device, a nanowire, for example, a carbon nanotube, is arranged so as to cross a metal plate, and both end parts of the nanowire are fixed to the metal plate. The nanowire crosslinking device has the nanowire installed so as to cross the metal plate. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、電子顕微鏡や、半導体デバイスの製造過程でウエハ上に所望のパターンを電子ビームで描画したり、ステッパ用のマスク製造時にマスクパターンを描画する荷電粒子描画等における電子ビーム応用装置での電子ビームの形状を測定する技術に係り、特に、その測定に適用するカーボンナノチューブ等のナノワイヤを利用したナノワイヤ架橋デバイスに関する。   The present invention is applied to an electron beam application apparatus such as an electron microscope for drawing a desired pattern on a wafer by an electron beam in a manufacturing process of a semiconductor device or drawing a mask pattern when manufacturing a mask for a stepper. The present invention relates to a technique for measuring the shape of an electron beam, and more particularly to a nanowire cross-linking device using nanowires such as carbon nanotubes applied to the measurement.

電子ビームの形状測定方法で最も初歩的なものは、『2アパチャー法』である(例えば、非特許文献1参照)。これは、LaBやタングステンフィラメントのような大きな光源の場合に用いられる。電子光学系の光軸上に、距離を離して2つの孔(アパチャー)を配置し、その2つのアパチャーを通過する電流をファラデーゲージなどで測定する。そして、測定電流とアパチャーの径、アパチャー間隔の距離から、単位面積、単位立体角あたりの電流量である「輝度」が求められる。 The most rudimentary method for measuring the shape of an electron beam is the “two-aperture method” (see, for example, Non-Patent Document 1). This is used for large light sources such as LaB 6 or tungsten filaments. Two holes (apertures) are arranged at a distance from each other on the optical axis of the electron optical system, and the current passing through the two apertures is measured with a Faraday gauge or the like. Then, “brightness”, which is a current amount per unit area and unit solid angle, is obtained from the measured current, the aperture diameter, and the distance between the apertures.

2アパチャーを用いない変則的な方法もいくつかあり、ポイントフィラメントやシャープなエッジを持つナイフエッジ状の試料上でフォーカスしたビームを走査してビームプロファイルを得る『ナイフエッジ法』(例えば、非特許文献2および特許文献1参照)、または試料上でビームを収束せずにビーム径を測定する『シャドーイメージ法』(例えば、非特許文献3参照)などがある。
これらの方法は、走査型電子顕微鏡の内部に測定システムを容易に構成できるため、容易に実現できることが特徴である。しかし、これらの二つの方法は、絞りの径やメッシュの間隔よりも細い電子ビームを測定することは原理的にできない。
There are some anomalous methods that do not use two-apertures. “Knife-edge method” that obtains a beam profile by scanning a focused beam on a knife-edge specimen with a point filament or sharp edge (for example, non-patented) Document 2 and Patent Document 1), or “shadow image method” (for example, see Non-Patent Document 3) that measures the beam diameter without focusing the beam on the sample.
These methods are characterized in that they can be easily realized because the measurement system can be easily configured inside the scanning electron microscope. However, these two methods cannot in principle measure an electron beam that is thinner than the diameter of the diaphragm or the mesh interval.

一方、電子ビーム応用の分野では、近年、より細い電子ビームが求められており、カーボンナノチューブや単原子エミッタなど微細な電子放出材料が数多く研究されている。しかし、その微細なビームの形状測定が簡単にできないことが問題になっている。
微小な電子ビームを測定する方法は、透過型電子顕微鏡(TEM)を利用して、光源を高い倍率で拡大して直接ビーム径を測定して輝度を算出する方法や、フレネル縞や、バイプリズムによる干渉縞など、電子波の干渉を利用した測定方法(例えば、非特許文献4参照)が用いられる。この干渉縞は量子力学で電子波の波長との関係が保障されていることから、理論的には電子波の波長のオーダーでの精密測定が可能である。しかし、TEMや電子線の干渉を測定する方法は、技術的に難易度が高く、一般的な環境で測定できる方法ではない。
On the other hand, in the field of electron beam application, in recent years, a thinner electron beam has been demanded, and many fine electron emission materials such as carbon nanotubes and single atom emitters have been studied. However, there is a problem that it is not possible to easily measure the shape of the fine beam.
The method of measuring a minute electron beam uses a transmission electron microscope (TEM), enlarges the light source at a high magnification, directly measures the beam diameter, calculates the brightness, Fresnel fringe, biprism A measurement method using interference of electron waves such as interference fringes (see Non-Patent Document 4, for example) is used. Since this interference fringe has a relationship with the wavelength of the electron wave assured by quantum mechanics, it is theoretically possible to perform precise measurement in the order of the wavelength of the electron wave. However, the method of measuring TEM or electron beam interference is technically difficult and is not a method that can be measured in a general environment.

Alec N.Broers Kohler、illuminationand brightness measurement with lanthanum hexaboride cathodes, J.Vac.Sci.Technol.,16(6), Nov/Dec.1979Alec N. Broers Kohler, illumination and brightness measurement with lanthanum hexaboride cathodes, J. Vac. Sci. Technol. 16 (6), Nov / Dec. 1979 S A Rishton, S P Beamout and C CWilkinson、 Measurement of the profileof finely focused electron beams inscanning electron microscope, J.Phys.E Sci.Instrument, Vol.17, 1984S A Rishton, S P Beamout and C C Wilkinson, Measurement of the profileof finely focused electron beams inscanning electron microscope, J. Phys. E Sci. Instrument, Vol. 17, 1984 Oliver C.Wells、EXPERIMENTALMETHOD FOR MEASUREING THE ELECTRON-OPTICAL PARAMETERS OF THE CCANNING ELECTRONMICROSCOPE(SEM)SCANNING ELECTRON MICOSCOPY/ 1977 VOL.1Oliver C. Wells, EXPERIMENTALMETHOD FOR MEASUREING THE ELECTRON-OPTICAL PARAMETERS OF THE CCANNING ELECTRONMICROSCOPE (SEM) SCANNING ELECTRON MICOSCOPY / 1977 VOL. 1 N.d.Jonge, Y. Lamy, K. Schoots, T.H.Oosterkamp、High brightness electron beam from a multi-walled carbonnanotube, NATURE 420,393 (2002)N. d. Jonge, Y. Lamy, K. Schoots, T. H. Oosterkamp, High brightness electron beam from a multi-walled carbonnanotube, NATURE 420,393 (2002) 特開平5−80158号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-80158

電子ビームの応用において、電子ビーム径など電子ビーム形状の情報は重要である。
電子ビームの応用において、より細い電子ビームが求められているが、しかし、従来技術では、電子波の干渉を利用する技術的に難易度の高い方法を使わなければ、微細な電子ビームを測定することができない。電子ビーム応用の今後の発展を考慮すると、電子波の干渉を利用しないで、微小径の電子ビームを簡易に測定できる技術の確立が重要である。
本発明は、微細な電子ビームの形状(電子ビームの径も含む)を簡便な方法で測定することが可能なナノワイヤ架橋デバイスとその作成方法を提供し、また、それを応用した電子ビームの形状測定方法を実現することを目的とする。
In the application of an electron beam, information on the electron beam shape such as the electron beam diameter is important.
In application of electron beam, a thinner electron beam is required. However, in the conventional technique, a fine electron beam is measured unless a technically difficult method using interference of electron waves is used. I can't. Considering the future development of electron beam application, it is important to establish a technology that can easily measure a small-diameter electron beam without using electron wave interference.
The present invention provides a nanowire cross-linking device capable of measuring the shape of a fine electron beam (including the diameter of the electron beam) by a simple method and a method for producing the nanowire cross-linking device. The purpose is to realize a measurement method.

本発明者らは上記課題に鑑み鋭意研究した結果、ナノメートル程度の直径を有する安定に存在するナノ材料であるカーボンナノチューブ等を利用するのが良いことを見出し、これらの知見に基づいて本発明をなすに至った。
すなわち、本発明は、
(1)金属板を渡るように架設されたナノワイヤを有するナノワイヤ架橋デバイス、
(2)電子ビームの形状測定に応用することを特徴とする(1)記載のナノワイヤ架橋デバイス、
(3)金属板を渡るようにナノワイヤを配置し、ナノワイヤの両端部分を金属板に固定するナノワイヤ架橋デバイスの作成方法、
(4)前記配置するナノワイヤがカーボンナノチューブ、金属被覆したカーボンナノチューブ、金属ナノワイヤまたは半導体ナノワイヤであることを特徴とする(3)記載のナノワイヤ架橋デバイスの作成方法、
(5)前記配置するナノワイヤがカーボンナノチューブであり、前記金属板への固定を加熱により行うことを特徴とする(3)記載のナノワイヤ架橋デバイスの作成方法、および(6)前記(1)記載のナノワイヤ架橋デバイスを電子光軸上に配置し、ナノワイヤ上を電子ビームで走査し、電子ビームが抵触するナノワイヤの領域で吸収される電子量、反射される電子量および発生する二次電子量のいずれか1種以上に基づいて、電子ビームの形状を測定する方法、
を提供するものである。
As a result of intensive studies in view of the above problems, the present inventors have found that it is preferable to use carbon nanotubes or the like that are stably present nanomaterials having a diameter of about nanometers, and based on these findings, the present invention It came to make.
That is, the present invention
(1) a nanowire cross-linking device having nanowires laid across a metal plate,
(2) The nanowire cross-linking device according to (1), which is applied to shape measurement of an electron beam,
(3) A method for producing a nanowire cross-linking device in which nanowires are arranged so as to cross a metal plate, and both end portions of the nanowire are fixed to the metal plate,
(4) The method for producing a nanowire-crosslinking device according to (3), wherein the arranged nanowire is a carbon nanotube, a metal-coated carbon nanotube, a metal nanowire, or a semiconductor nanowire,
(5) The method for producing a nanowire cross-linking device according to (3), wherein the nanowire to be arranged is a carbon nanotube, and fixing to the metal plate is performed by heating, and (6) the method according to (1) The nanowire cross-linking device is placed on the electron optical axis, the nanowire is scanned with an electron beam, and either the amount of electrons absorbed, the amount of electrons reflected, or the amount of secondary electrons generated is absorbed in the area of the nanowire with which the electron beam conflicts Or a method of measuring the shape of an electron beam based on one or more
Is to provide.

本発明のナノワイヤ架橋デバイスを利用すると、これまで実用的な方法では測定できなかった直径数nmの微細な電子ビームの形状が測定可能である。そして、その測定方法は、電子波の干渉を用いるものではないため、微細な電子ビーム形状を簡便に測定でき、そのうえ、電子ビームの径だけではなく、エミッタンスなど電子ビームの形状測定も可能である。
また、本発明のナノワイヤ架橋デバイスを利用する測定は、走査型電子顕微鏡における分解能など、主観性のはいる性能を検定する標準資料とすることができる。
By using the nanowire cross-linking device of the present invention, it is possible to measure the shape of a fine electron beam having a diameter of several nanometers, which could not be measured by a practical method. And since the measurement method does not use electron wave interference, it is possible to easily measure a fine electron beam shape, and also to measure not only the diameter of the electron beam but also the shape of the electron beam such as emittance. .
In addition, the measurement using the nanowire cross-linking device of the present invention can be used as a standard data for examining performance with subjectivity such as resolution in a scanning electron microscope.

本発明のナノワイヤ架橋デバイスの作成方法について、説明する。
ナノワイヤとしては、例えばカーボンナノチューブ、金属被覆したカーボンナノチューブ、金属ナノワイヤや半導体ナノワイヤ等を利用することができるが、カーボンナノチューブが好ましい。
本発明の好ましい一実施態様としてカーボンナノチューブ(以後、CNTと略記する場合がある)を使用した場合について述べる。
カーボンナノチューブは、一般に数ナノメートル〜数十ナノメートル程度の直径を有する安定に存在する円筒状の結晶構造を有する巨大な炭素分子で、ナノ材料といわれるものである。
そこで、大きさが30mm×30mm×200μm程度の金属基板、例えば、金、ステンレス、シリコン酸化膜上に金属を蒸着した基板等に直径1〜20μm、好ましくは20μm程度の孔を設ける。大きい電子ビームも測定対象にするには、孔径は大きいほどよいが、現状のナノチューブは、20μm程度の長さのものが利用可能である。この孔の中心を通って渡るようにカーボンナノチューブ1本を架設し、そのCNT両端部分を金属基板に固定して「ナノワイヤ架橋デバイス」を作成する。
また、2枚の金属板電極間にCNTを渡るように架設し、加熱によりそのCNT両端部分を板電極に固定して「ナノワイヤ架橋デバイス」を作成することもできる。
A method for producing the nanowire cross-linking device of the present invention will be described.
As the nanowire, for example, a carbon nanotube, a metal-coated carbon nanotube, a metal nanowire, a semiconductor nanowire, or the like can be used, and a carbon nanotube is preferable.
As a preferred embodiment of the present invention, a case where carbon nanotubes (hereinafter sometimes abbreviated as CNT) are used will be described.
A carbon nanotube is a huge carbon molecule having a cylindrical crystal structure that exists stably and has a diameter of several nanometers to several tens of nanometers, and is called a nanomaterial.
Therefore, a hole having a diameter of 1 to 20 μm, preferably about 20 μm, is provided in a metal substrate having a size of about 30 mm × 30 mm × 200 μm, for example, a substrate in which metal is deposited on gold, stainless steel, or a silicon oxide film. In order to measure a large electron beam, the larger the hole diameter, the better. However, the present nanotubes having a length of about 20 μm can be used. One carbon nanotube is erected so as to pass through the center of the hole, and both ends of the CNT are fixed to a metal substrate to form a “nanowire crosslinking device”.
Alternatively, a “nanowire cross-linking device” can be created by installing CNTs between two metal plate electrodes and fixing both ends of the CNTs to the plate electrodes by heating.

CNTと金属との接合部には、良好な電気的な接合および機械的接合強度が必要となる。接合部に抵抗が多ければ、微小な電流を検出することは不可能であり、また、機械的接合の強度が不足した場合、電子線の被曝により、その構造が崩壊することが予想できる。
カーボンナノチューブと金属を接合する一般的な方法、例えばAPPL.Phys.Lett.74(1999)4061に記載されたEBID法(真空中の在留ガス成分であるハイドロカーボン(CxHy)を電子ビームで分解しその成分を用いてCNTと基板(例えば、走査プローブ顕微鏡用プローブである探針)を接合)で接合する方法でも良いが、接合が不十分であることが分かった。我々は、カーボンナノチューブ表面に金属原子が移動する現象を利用して、カーボンナノチューブの接合部分付近を金属でコーティングし、固定するより良い手法を確立した。
Good electrical and mechanical joint strength is required at the joint between CNT and metal. If the joint has a large resistance, it is impossible to detect a minute current, and if the strength of the mechanical joint is insufficient, it can be predicted that the structure will collapse due to exposure to the electron beam.
A general method for joining carbon nanotubes and metals, such as APPL. Phys. Lett. 74 (1999) 4061 (hydrocarbon (CxHy), which is a gas component in a vacuum, is decomposed with an electron beam and the components are used to CNT and a substrate (for example, a probe for a probe for a scanning probe microscope). Although it may be a method of joining the needle) by joining), it has been found that the joining is insufficient. We have established a better method for coating and fixing the vicinity of the carbon nanotube junction with metal by utilizing the phenomenon of metal atoms moving to the carbon nanotube surface.

この固定方法は、金属電極にカーボンナノチューブを架設し、真空雰囲気、または、酸素の無いガス置換雰囲気で電気炉等により、450〜550℃程度に加熱すると、電極の金属原子がCNT表面を移動して、金属がCNTを被覆し、理想的な接触状態を作ることを確かめた。図1はCNTと金電極のSEM写真であり、両側の金板電極にCNTが架設された状態を示すものである。図2は図1のA−A'軸とB−B'軸におけるX線分析(Energy Dispersive X-ray Spectrometer; 以下、EDXという)の結果で、試料表面の金、炭素元素について、元素固有の特性X線を検出したものである。B−B'軸において、炭素原子ピーク位置に金原子のピーク位置が重なっていたことからCNT上に金原子が熱輸送していることが確認できる。A−A'軸には炭素原子ピーク上に金原子のピークが検出されなかったことからA−A'軸の位置まで金原子が輸送されず、CNTが露出している状態を実現できた。この結果は、加熱によりB−B'軸の位置までCNT表面を金属原子が移動してきたことを示しており、これによりCNTが金属板電極に固く接合固定できたことを意味する。   In this fixing method, when carbon nanotubes are installed on a metal electrode and heated to about 450 to 550 ° C. in a vacuum atmosphere or an oxygen-free gas replacement atmosphere by an electric furnace or the like, the metal atoms of the electrode move on the CNT surface. Thus, it was confirmed that the metal covered the CNT and made an ideal contact state. FIG. 1 is an SEM photograph of a CNT and a gold electrode, and shows a state where the CNT is installed on the metal plate electrodes on both sides. FIG. 2 is a result of X-ray analysis (Energy Dispersive X-ray Spectrometer; hereinafter referred to as EDX) in the AA ′ axis and the BB ′ axis in FIG. A characteristic X-ray is detected. In the BB ′ axis, since the peak position of the gold atom overlapped the carbon atom peak position, it can be confirmed that the gold atom is thermally transported on the CNT. Since no gold atom peak was detected on the carbon atom peak in the AA ′ axis, gold atoms were not transported to the position of the AA ′ axis, and the CNT was exposed. This result indicates that the metal atoms have moved on the surface of the CNT to the position of the BB ′ axis by heating, which means that the CNT can be firmly bonded and fixed to the metal plate electrode.

図3はCNTと金板電極の他の例のSEM写真であり、両側の金板電極にCNTが架橋された状態を示すものである。電極間にCNTを架設し、真空雰囲気、または、酸素の無いガス置換雰囲気の電気炉等により500℃程度に加熱すると、先に記載したように電極の金属原子がCNT表面を移動して理想的な接触状態を作る。
図4は、図3の基板を電気炉で加熱し、接合に施す加熱温度と加熱時間による電流電圧特性の変化を示すグラフである。加熱の時間ごとに電気抵抗が金属的な挙動に近くなっていることを示し、電気特性が良好になっていることが確認できた。
すなわち、加熱による固定で機械的強度も充分となり、接合の電気的な特性の改善によって、電子ビームからナノワイヤに吸収された電子を精確に測定することが可能になると推測できる。
カーボンナノチューブ以外の前記したナノワイヤの固定方法について説明すると、金属被覆したカーボンナノチューブ、金属ナノワイヤや半導体ナノワイヤは、2枚の金属電極間に前記したEBID法で架設固定する。半導体ナノワイヤについては、カーボンナノチューブと同様に上記した加熱による方法で、固定部分の電気的特性、機械的特性を改善することができる。
FIG. 3 is an SEM photograph of another example of the CNT and the metal plate electrode, and shows a state in which the CNT is cross-linked to the metal plate electrodes on both sides. When CNTs are installed between the electrodes and heated to about 500 ° C. in an electric furnace or the like in a vacuum atmosphere or a gas replacement atmosphere without oxygen, the metal atoms of the electrodes move on the CNT surface as described above. Make a good contact.
FIG. 4 is a graph showing changes in current-voltage characteristics depending on the heating temperature and heating time applied to the bonding of the substrate shown in FIG. 3 using an electric furnace. It was shown that the electrical resistance was close to a metallic behavior at each heating time, and it was confirmed that the electrical characteristics were good.
That is, it can be assumed that the mechanical strength is sufficient by fixing by heating, and that the electrons absorbed from the electron beam to the nanowire can be accurately measured by improving the electrical characteristics of the junction.
Explaining the fixing method of the nanowires other than the carbon nanotubes, the metal-coated carbon nanotubes, metal nanowires, and semiconductor nanowires are installed and fixed between the two metal electrodes by the EBID method described above. As for the semiconductor nanowire, the electrical characteristics and mechanical characteristics of the fixed portion can be improved by the above-described heating method as in the case of the carbon nanotube.

本発明は、上記したような方法で作成した、金属板を渡るように架設されたナノワイヤ例えば、カーボンナノチューブを有するナノワイヤ架橋デバイスである。その他の一例を図5にSEM写真で示が、SEM像は、ステンレスの薄板上に直径5μmの孔に一本のCNTが架設されたナノワイヤ架橋デバイスである。   The present invention is a nanowire bridging device having a nanowire, for example, a carbon nanotube, which is constructed so as to cross a metal plate, produced by the method as described above. Another example is shown in FIG. 5 as an SEM photograph. The SEM image is a nanowire cross-linking device in which one CNT is installed in a hole having a diameter of 5 μm on a stainless steel thin plate.

次に、本発明のナノワイヤ架橋デバイスを利用する微細電子ビームの形状測定方法の好ましい例について、詳細に説明する。
このナノワイヤ架橋デバイスを電子光軸上に配置し、偏向コイルを用いてナノワイヤの上を測定しようとする電子ビームで走査すると、電子ビームが抵触するナノワイヤの微小な領域で、次の現象が生起する。
a)電子ビームがナノワイヤに吸収され、ナノワイヤが接触する両端の電極と装置のアースの間に電流が流れる、
b)電子ビームの一部は反射され、反射電子が発生し、電子ビームが当たった面積に比例する反射電子を発生する、
c)また、電子ビームが当たったナノワイヤの表面領域のみから、二次電子が発生する。
Next, a preferred example of a method for measuring the shape of a fine electron beam using the nanowire crosslinking device of the present invention will be described in detail.
When this nanowire cross-linking device is placed on the electron optical axis and scanned with an electron beam to be measured on the nanowire using a deflection coil, the following phenomenon occurs in the minute area of the nanowire that the electron beam conflicts with. .
a) An electron beam is absorbed by the nanowire, and a current flows between the electrodes at both ends of the nanowire and the ground of the device.
b) A part of the electron beam is reflected to generate reflected electrons, generating reflected electrons proportional to the area hit by the electron beam.
c) Further, secondary electrons are generated only from the surface region of the nanowire hit by the electron beam.

電子ビームがナノワイヤに当たったことによって発生するこれら吸収電子、反射電子、二次電子はいずれもナノワイヤと電子ビームの接触面積と相関がある。そのため、「電流計」、「反射電子検出器」や「二次電子検出器」を利用してそれらの強度を測定することで、電子ビーム径また、電子ビーム形状を計測することが可能である。   These absorbed electrons, reflected electrons, and secondary electrons generated by the electron beam hitting the nanowire are all correlated with the contact area between the nanowire and the electron beam. Therefore, it is possible to measure the electron beam diameter and electron beam shape by measuring their intensities using “Ammeter”, “Backscattered electron detector” and “Secondary electron detector”. .

図6は本発明の電子ビームのビーム径測定方法の一実施態様を示す説明図である。
50μm程度のシリコンウェハ1にエッチングプロセスを用いて貫通孔2を設け、その貫通孔2の付近に蒸着プロセスなどで上面に金属薄膜(例えば、Au薄膜)3を形成する。その金属薄膜3部分を支持・固定点として貫通部分にカーボンナノチューブ4を架橋してナノワイヤデバイスを作成するものである。電子ビーム5が、図6の矢印の方向から架設したナノチューブを横断すると、電子ビームが当たったCNT表面積に比例する量の、二次電子、反射電子、吸収電荷が発生する。それらの電子を二次電子検出器や反射電子検出器、またはCNT固定部の電極から装置アースに流れる微小な電流を検出し、走査距離より電子ビーム径を見積もることができる。
図6は、そのうちの反射電子を反射電子検出器6で検出している様子を示す。いずれの検出方法でも独立した経路で検出可能で、信号強度の強い検出器を場合に応じて使い分ける。
FIG. 6 is an explanatory view showing one embodiment of the electron beam beam diameter measuring method of the present invention.
A through-hole 2 is provided in a silicon wafer 1 of about 50 μm using an etching process, and a metal thin film (for example, an Au thin film) 3 is formed on the upper surface in the vicinity of the through-hole 2 by a vapor deposition process or the like. The nanowire device is formed by cross-linking the carbon nanotube 4 to the penetrating portion with the metal thin film 3 portion as a supporting / fixing point. When the electron beam 5 crosses the nanotube constructed from the direction of the arrow in FIG. 6, secondary electrons, reflected electrons, and absorbed charges are generated in an amount proportional to the surface area of the CNT hit by the electron beam. The electron beam diameter can be estimated from the scanning distance by detecting a minute current that flows from the secondary electron detector, the backscattered electron detector, or the electrode of the CNT fixing portion to the device ground.
FIG. 6 shows a state in which the reflected electrons are detected by the reflected electron detector 6. Either detection method can be detected by an independent path, and a detector having a strong signal strength is used depending on the case.

図7は、電子ビームを反射電子検出器(電子ビームエネルギーが大きいと、電子ビームがCNTを透過し反射電子検出強度が弱くなる。その際は、吸収電流及び2次電子検出器を用いる。)で検出する例を示す。架設したカーボンナノチューブを電子ビームが横断するとき、図7に示すように、CNT表面に当たった電子ビームから反射電子が発生し、電子ビームの当たったCNTの面積に応じて反射電子が検出される。つまり、電子ビームはCNTの直径とCNTと直行する電子ビームの長さが成す矩形で切り取られ、その面積に対応した信号強度を得る。
電子ビームを走査したとき、(a)CNTに接触しないとき、検出器の信号強度は得られない。(b)走査をして電子ビームが接触開始すると信号強度を得る。また、(c)電子ビームの最大直径にCNTがある場合、検出器の信号強度は最大となる。ここで、(c)→(b)の走査距離が、電子ビームの半径となる(電子ビームが円形状の場合)。楕円形状の場合は走査方向を90度変えることで、長軸半径と短軸半径を得る。ビーム形状が円形、楕円形の場合は、以上の操作でビーム形状を特定できる。
FIG. 7 shows an electron beam reflected electron detector (if the electron beam energy is large, the electron beam passes through the CNT and the reflected electron detection intensity becomes weak. In this case, an absorption current and a secondary electron detector are used.) An example of detection is shown below. As shown in FIG. 7, when the electron beam traverses the installed carbon nanotube, reflected electrons are generated from the electron beam hitting the CNT surface, and the reflected electrons are detected according to the area of the CNT hitting the electron beam. . That is, the electron beam is cut by a rectangle formed by the diameter of the CNT and the length of the electron beam perpendicular to the CNT, and a signal intensity corresponding to the area is obtained.
When the electron beam is scanned, (a) when the CNT is not touched, the signal intensity of the detector cannot be obtained. (b) The signal intensity is obtained when scanning starts and the electron beam starts to contact. Also, (c) when the maximum diameter of the electron beam is CNT, the signal intensity of the detector is maximized. Here, the scanning distance of (c) → (b) is the radius of the electron beam (when the electron beam is circular). In the case of an elliptical shape, the major axis radius and the minor axis radius are obtained by changing the scanning direction by 90 degrees. When the beam shape is circular or elliptical, the beam shape can be specified by the above operation.

さらに、上記測定方法で測定した(長短軸半径)電子ビーム径と、CNTの直径(既知)がなす矩形面積に対応する検出器の信号強度を基準にして、単位面積当たりの検出器信号強度が求まる。CNTの直径は一定であるので、電子ビームの任意の部分の長さを求めることが可能となる。従って、非対称な歪みをもつ電子ビームであっても、総面積、形状を測定することができるようになる。
反射電子ではなく、二次電子を利用するときは検出器として二次電子検出器を用いるだけで、原理は全く同様である。また、吸収電荷を利用するときは、CNT支持点の電極から装置アースに流れる微小な電流(CNTと電子ビームの重なる面積に比例する)を電流計で検出し、電子ビームの走査方法は、同じ原理を利用する。
二次電子、反射電子、吸収電荷の検出はそれぞれ独立した経路で行うことができ、いわゆる補償のようなかたちで利用して測定精度を高めることができる。
Furthermore, the detector signal intensity per unit area is determined based on the signal intensity of the detector corresponding to the rectangular area formed by the electron beam diameter (long and short axis radius) measured by the above measurement method and the CNT diameter (known). I want. Since the diameter of the CNT is constant, the length of an arbitrary part of the electron beam can be obtained. Therefore, the total area and shape can be measured even with an electron beam having asymmetric distortion.
When secondary electrons are used instead of reflected electrons, the principle is completely the same except that a secondary electron detector is used as a detector. Also, when using the absorbed charge, a very small current (proportional to the area where the CNT and electron beam overlap) is detected from the electrode at the CNT support point to the device ground, and the electron beam scanning method is the same. Use the principle.
Secondary electrons, reflected electrons, and absorbed charges can be detected by independent paths, and can be used in the form of so-called compensation to improve measurement accuracy.

次に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明をするが、本発明はこれに制限されるものではない。   Next, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited thereto.

[ナノワイヤ架橋デバイスの作成]
20mm×20mm×500μmのシリコン基板上のシリコン酸化膜上に2μmの間隙を有する金蒸着基板にその金蒸着電極間に直径20nmのカーボンナノチューブを一本架設し、窒素ガス置換した電気炉により500℃に1時間、6時間、21時間加熱し、ナノワイヤデバイスを作成した。一方、30mm×30mm×100μmの直径5μmの貫通穴のあるステンレス基板の、貫通孔上部に直径20nmのカーボンナノチューブを一本架設し、ナノワイヤデバイスを作成した。
[Creation of nanowire cross-linking device]
A carbon nanotube with a diameter of 2 nm is mounted on a gold vapor deposition substrate having a gap of 2 μm on a silicon oxide film on a silicon substrate of 20 mm × 20 mm × 500 μm, and a carbon nanotube having a diameter of 20 nm is installed between the gold vapor deposition electrodes. For 1 hour, 6 hours, and 21 hours to fabricate a nanowire device. On the other hand, a carbon nanotube with a diameter of 20 nm was erected on the upper part of a stainless steel substrate having a through hole with a diameter of 5 μm of 30 mm × 30 mm × 100 μm, thereby producing a nanowire device.

金電極間にカーボンナノチューブが架設されたSEM写真である。2 is an SEM photograph in which carbon nanotubes are installed between gold electrodes. 図1のA−A´、B−B´部分の断面をEDXによりCNT上の金のピークを検出した結果を示すグラフである。2 is a graph showing a result of detecting a gold peak on a CNT by EDX in a cross section taken along lines AA ′ and BB ′ in FIG. 金電極間にカーボンナノチューブが架設された他の一例のSEM写真である。It is a SEM photograph of another example in which the carbon nanotube was constructed between gold electrodes. 接合時の加熱温度と加熱時間による電流電圧特性を示すグラフである。It is a graph which shows the current voltage characteristic by the heating temperature at the time of joining, and a heating time. 本発明のナノワイヤ架橋デバイスの一例のSEM写真である。It is a SEM photograph of an example of the nanowire bridge | crosslinking device of this invention. 本発明の電子ビームの形状測定方法の一実施態様を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one embodiment of the shape measuring method of the electron beam of this invention. 電子ビームとカーボンナノチューブ位置との関係と、その走査位置からの信号強度を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between an electron beam and a carbon nanotube position, and the signal strength from the scanning position.

符号の説明Explanation of symbols

1 シリコンウェハ
2 貫通孔
3 金属薄膜
4 カーボンナノチューブ
5 電子ビーム
6 反射電子検出器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon wafer 2 Through-hole 3 Metal thin film 4 Carbon nanotube 5 Electron beam 6 Backscattered electron detector

Claims (6)

金属板を渡るように架設されたナノワイヤを有するナノワイヤ架橋デバイス。   A nanowire cross-linking device having nanowires laid across a metal plate. 電子ビームの形状測定に利用することを特徴とする請求項1記載のナノワイヤ架橋デバイス。   The nanowire cross-linking device according to claim 1, which is used for measuring the shape of an electron beam. 金属板を渡るようにナノワイヤを配置し、ナノワイヤの両端部分を金属板に固定するナノワイヤ架橋デバイスの作成方法。   A method for producing a nanowire cross-linking device in which nanowires are arranged across a metal plate and both end portions of the nanowire are fixed to the metal plate. 前記配置するナノワイヤがカーボンナノチューブ、金属被覆したカーボンナノチューブ、金属ナノワイヤまたは半導体ナノワイヤであることを特徴とする請求項3記載のナノワイヤ架橋デバイスの作成方法。   The method for producing a nanowire cross-linking device according to claim 3, wherein the arranged nanowire is a carbon nanotube, a metal-coated carbon nanotube, a metal nanowire, or a semiconductor nanowire. 前記配置するナノワイヤがカーボンナノチューブであり、前記金属板への固定を加熱により行うことを特徴とする請求項3記載のナノワイヤ架橋デバイスの作成方法。   4. The method for producing a nanowire cross-linking device according to claim 3, wherein the nanowire to be arranged is a carbon nanotube, and fixing to the metal plate is performed by heating. 請求項1記載のナノワイヤ架橋デバイスを電子光軸上に配置し、ナノワイヤ上を電子ビームで走査し、電子ビームが抵触するナノワイヤの領域で吸収される電子量、反射される電子量および発生する二次電子量のいずれか1種以上に基づいて、電子ビームの形状を測定する方法。   The nanowire cross-linking device according to claim 1 is arranged on an electron optical axis, and the nanowire is scanned with an electron beam, and the amount of electrons absorbed, the amount of electrons reflected and the amount of electrons generated are A method of measuring the shape of an electron beam based on any one or more of secondary electron quantities.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP7058426B1 (en) * 2020-12-17 2022-04-22 ツィンファ ユニバーシティ Electron beam detector and detection method
JP7061295B1 (en) * 2020-12-17 2022-04-28 ツィンファ ユニバーシティ Electron beam detector and electron beam detection method

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