JP2701764B2 - Apparatus and method for measuring size of charged particle beam - Google Patents

Apparatus and method for measuring size of charged particle beam

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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、荷電粒子ビームの寸法
測定を行う装置および測定方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and a method for measuring the size of a charged particle beam.

【0002】[0002]

【従来の技術】電子ビーム寸法測定の従来例として特開
平2−254368に記載のような、単結晶Siナイフ
エッジ法が考案されている。単結晶Siナイフエッジ法
とは、図4に示すようなSiウェハの水酸化カリウム水
溶液等によるウェットエッチング次にエッチングレート
の違いにより形成される[111]面2と、Siウェハ
表面の[100]面3が約54度のテーパー角を形成す
るエッジ部分を電子ビーム4の遮蔽に用いる方法であ
る。図4を参照して従来例による電子ビーム測定方法を
説明する。電子源5から照射された電子ビーム4を試料
面の高さにある単結晶Siナイフエッジ1の直交または
平行した辺に対して直角方向に一定速度で走査させる
と、エッジにより遮られない電子ビーム4は単結晶Si
ナイフエッジ1の下に位置するファラデーカップ6によ
り検出される。一方、単結晶Siナイフエッジ1によっ
て遮られる電子ビーム4は反射され、ファラデーカップ
6に到達することはない。従って図5(a)に示すよう
な電流密度分布波形が得られる。この波形の1次微分波
形は図5(b)のようになり、例えば波高値の50%の
スライスレベルで決定される間隔がビーム寸法Wとな
る。この方法はしきい値法と呼ばれる。さらに、この2
次微分波形は図5(c)に示すようになり、ゼロクロス
の間隔をビーム寸法Wとする方法もある。
2. Description of the Related Art As a conventional example of electron beam dimension measurement, a single crystal Si knife edge method as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-254368 has been devised. The single crystal Si knife edge method is a method of performing wet etching of a Si wafer with an aqueous solution of potassium hydroxide or the like as shown in FIG. In this method, an edge portion where the surface 3 forms a taper angle of about 54 degrees is used to shield the electron beam 4. An electron beam measuring method according to a conventional example will be described with reference to FIG. When the electron beam 4 emitted from the electron source 5 is scanned at a constant speed in a direction perpendicular to the perpendicular or parallel side of the single crystal Si knife edge 1 at the height of the sample surface, the electron beam is not blocked by the edge. 4 is single crystal Si
It is detected by a Faraday cup 6 located below the knife edge 1. On the other hand, the electron beam 4 blocked by the single crystal Si knife edge 1 is reflected and does not reach the Faraday cup 6. Therefore, a current density distribution waveform as shown in FIG. The first derivative waveform of this waveform is as shown in FIG. 5B. For example, the interval determined by the slice level of 50% of the peak value is the beam size W. This method is called a threshold method. Furthermore, this 2
The next differential waveform is as shown in FIG. 5C, and there is a method in which the interval between zero crossings is used as the beam size W.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来例に示すような電子ビーム寸法測定装置では、電子ビ
ーム4の加速電圧が10k〜20kV以下と比較的低い
場合には、単結晶Siナイフエッジ1により遮られる電
子ビーム4は全て反射、吸収され、ファラデーカップ6
には到達することがなく、得られる電流密度分布波形は
鈍ることはない。
By the way, in the electron beam size measuring apparatus as shown in the above-mentioned conventional example, when the acceleration voltage of the electron beam 4 is relatively low, 10 kV to 20 kV or less, a single crystal Si knife edge is used. All the electron beams 4 blocked by 1 are reflected and absorbed, and the Faraday cup 6
, And the obtained current density distribution waveform does not become dull.

【0004】ところが、ファラデーカップ6より検出さ
れる信号のみで電子ビーム寸法を求める場合には、ファ
ラデーカップ6に到達した電子ビームの一部がそこで反
射し反射電子12となったり、2次電子11を発生させ
たりするためS/N比が悪く、そのため寸法測定の精度
が制限されるという欠点を有する。
However, when the size of the electron beam is obtained only from the signal detected from the Faraday cup 6, a part of the electron beam reaching the Faraday cup 6 is reflected there to become a reflected electron 12 or a secondary electron 11 And the S / N ratio is poor due to the generation of the dimensional error, which limits the accuracy of dimension measurement.

【0005】さらに、電子線描画装置においては従来一
般的に10k〜20kVの加速電圧が採用されてきた
が、近年、電子の前方散乱を低減し高解像性を実現する
ためや、電子の後方散乱に起因する近接効果を低減し高
寸法精度を得るために、50k〜100kVの加速電圧
が採用されてきている。
Further, in the electron beam lithography apparatus, an acceleration voltage of 10 k to 20 kV has conventionally been generally used. Acceleration voltages of 50 kV to 100 kV have been employed to reduce the proximity effect due to scattering and obtain high dimensional accuracy.

【0006】例えば、Siに入射された加速電圧50k
Vの電子ビームは20μmの深さまで侵入することがシ
ミュレーションによって求められている。すなわち、比
較的加速電圧の高い電子ビームは単結晶Siナイフエッ
ジ1の薄い部分を透過しあるいは散乱され、その一部が
ファラデーカップ6に到達し、その結果検出される電流
密度分布波形を鈍らせ、正確なビーム寸法測定ができな
くなるという欠点を有している。
For example, an acceleration voltage of 50 k incident on Si
It is required by simulation that the electron beam of V penetrates to a depth of 20 μm. That is, the electron beam having a relatively high accelerating voltage is transmitted or scattered through the thin portion of the single-crystal Si knife edge 1, and a part of the electron beam reaches the Faraday cup 6, thereby dulling the detected current density distribution waveform. However, there is a disadvantage that accurate beam size measurement cannot be performed.

【0007】本発明の目的は、上記の欠点を克服するた
めになされたもので、正確な荷電粒子ビーム寸法の測定
することができる荷電粒子ビーム寸法測定装置及び測定
方法を得ることである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to overcome the above-mentioned drawbacks, and to provide a charged particle beam size measuring apparatus and a measuring method capable of accurately measuring the charged particle beam size.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、荷電粒
子源と、開口部を有する遮蔽物と、前記開口部を通過す
る荷電粒子を捕捉するファラデーカップと、前記開口部
を有する遮蔽物の上方に配設された反射荷電粒子検出器
および2次電子検出器と、前記遮蔽物,ファラデーカッ
プ,反射荷電粒子検出器および2次電子検出器からの信
号を受けとり処理する信号処理部とを有する荷電粒子ビ
ームの寸法測定装置が得られる。
According to the present invention, a charged particle source, a shield having an opening, a Faraday cup for capturing charged particles passing through the opening, and a shield having the opening And a signal processing unit that receives and processes signals from the shield, the Faraday cup, the reflected charged particle detector, and the secondary electron detector. A charged particle beam size measuring device having the same is obtained.

【0009】上記開口部を有する遮蔽物は金属またはシ
リコンを用いる。シリコンの場合は、開口部の側壁の角
度が表面に対して80度以上であるものを用いる。
The shield having the opening is made of metal or silicon. In the case of silicon, an opening whose side wall angle is 80 degrees or more with respect to the surface is used.

【0010】また、本発明によれば、荷電粒子源から放
射された荷電粒子ビームを、開口部を有する遮蔽物上に
走査して得られる信号からビーム寸法を測定する方法に
おいて、前記遮蔽物から得られる信号と、前記開口部を
通過する荷電粒子の信号と、遮蔽物から反射する荷電粒
子の信号と、遮蔽物から放出された2次電子の信号を用
いて信号処理を行いビーム寸法を求めることを特徴とす
る荷電粒子ビームの寸法測定方法が得られる。
According to the present invention, there is provided a method for measuring a beam size from a signal obtained by scanning a charged particle beam emitted from a charged particle source on a shield having an opening. Signal processing is performed using the obtained signal, the signal of the charged particle passing through the opening, the signal of the charged particle reflected from the shield, and the signal of the secondary electron emitted from the shield to determine the beam size. Thus, a method for measuring the size of a charged particle beam is obtained.

【0011】[0011]

【実施例】次に、本発明について図面を用いて説明す
る。図1(a)は本発明の第1の実施例を示す荷電粒子
ビーム寸法測定装置の構成図である。図1(a)におい
て、加速電圧50kVの電子ビームを遮蔽する5μm厚
のCuのアパチャ7があり、電流計が接続されており、
吸収電流を測定することができる。Cuのアパチャ7の
下にはファラデーカップ6が位置する。ファラデーカッ
プ6にも電流計が接続されている。Cuのアパチャ7の
上方には反射電子検出器8や2次電子検出器9が設けら
れている。それぞれの信号は図1(b)に示す信号処理
部10に出力される。Cuの他にMo等の金属でできた
遮蔽物を用いてもよい。
Next, the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1A is a configuration diagram of a charged particle beam size measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1A, there is a 5 μm thick Cu aperture 7 for shielding an electron beam having an acceleration voltage of 50 kV, and an ammeter is connected.
The absorption current can be measured. The Faraday cup 6 is located below the Cu aperture 7. An ammeter is also connected to the Faraday cup 6. Above the Cu aperture 7, a reflected electron detector 8 and a secondary electron detector 9 are provided. Each signal is output to the signal processing unit 10 shown in FIG. In addition to Cu, a shield made of a metal such as Mo may be used.

【0012】図1を参照してビーム寸法を求める方法に
ついて説明する。電子ビーム4が遮蔽物を左から右に一
定速度で走査する。遮蔽物はその全域にわたって加速電
圧の高い電子ビーム4を完全に遮るだけの膜厚を有して
おり、電子ビーム4は遮蔽物を透過したり、遮蔽物内で
散乱された電子ビーム4がファラデーカップ6に到達す
ることはほとんどない。またこの時得られる信号波形を
図2に示す。ファラデーカップ6で検出される信号をI
1 、遮蔽物で吸収され検出される信号をI2 、反射電子
検出器8により検出される信号をI3 、2次電子検出器
9により検出される信号をI4 とする。I1 ,I2 ,I
3 及びI4 は信号処理部10でそれぞれ適当な倍率で増
加され加算や減算され、よりS/N比の高い電流密度分
布波形を得る。すなわち、I1 から適当な倍率に増幅さ
れたI2 ,I3 ,I4 のうち少なくとも一つ以上の信号
を差し引く。処理して得られた信号I5 から1次微分あ
るいは2次微分波形を求めて前述の方法にてビーム寸法
Wを求める。
Referring to FIG. 1, a method for obtaining the beam size will be described. The electron beam 4 scans the shield at a constant speed from left to right. The shield has a thickness enough to completely block the electron beam 4 having a high accelerating voltage over the entire area, and the electron beam 4 transmits through the shield or scatters the Faraday electron beam in the shield. It hardly reaches the cup 6. FIG. 2 shows a signal waveform obtained at this time. The signal detected by the Faraday cup 6 is I
1 , the signal absorbed and detected by the shield is I 2 , the signal detected by the backscattered electron detector 8 is I 3 , and the signal detected by the secondary electron detector 9 is I 4 . I 1 , I 2 , I
3 and I 4 are respectively increased and added or subtracted at an appropriate magnification by the signal processing unit 10 to obtain a current density distribution waveform having a higher S / N ratio. That is, at least one signal of I 2 , I 3 and I 4 amplified to an appropriate magnification is subtracted from I 1 . From the signal I 5 obtained by treating seeking first derivative or second derivative waveform obtaining the beam size W by the aforementioned method.

【0013】図3は遮蔽物としてSiを用いた本発明の
第2の実施例を示す図である。Siは軽金属であるため
Cu等の重金属に比べ電子ビーム4の遮蔽効果が小さ
く、そのため電子ビーム4を完全に遮蔽するためには非
常に厚い膜厚を要する。例えば、加速電圧50kVの電
子ビームを遮蔽するには20μm厚のSiアパチャが必
要である。ところで、Siアパチャ21の開口の表面に
対するエッチング角度が90度以下の場合には図4に示
すように、上述したように電子ビームが側面の薄いとこ
ろを通過したり、開口側面で反射したりして信号のS/
N比が悪くなり信号波形を鈍り、ビーム寸法測定の精度
を低下させる。そのため、高いエッチング角度が要求さ
れるが、アパチャ材としてSiを用いる場合には、従来
の半導体製造プロセスを流用することができ、比較的容
易に加工製造することが可能である。そのため、20μ
mの深さにわたり表面に対してほぼ垂直に近い角度でエ
ッチングすることが可能である。現在の半導体製造装置
及びをれを用いたプロセスでは20μmの深さにわたり
表面に対して80度以上の角度で加工することが可能で
ある。また、Si表面にAuやPt等の金属あるいは合
金等を成膜し導電層22とするとSiを10μm程度に
薄くすることも可能である。
FIG. 3 is a view showing a second embodiment of the present invention using Si as a shielding object. Since Si is a light metal, the shielding effect of the electron beam 4 is smaller than that of a heavy metal such as Cu. Therefore, an extremely thick film is required to completely shield the electron beam 4. For example, to shield an electron beam having an acceleration voltage of 50 kV, a 20 μm thick Si aperture is required. By the way, when the etching angle of the opening of the Si aperture 21 with respect to the surface is 90 degrees or less, as shown in FIG. 4, the electron beam may pass through a thin side surface or may be reflected on the side surface of the opening as described above. Signal S /
The N ratio becomes worse, the signal waveform becomes dull, and the accuracy of beam size measurement decreases. Therefore, a high etching angle is required. However, when Si is used as the aperture material, a conventional semiconductor manufacturing process can be used, and processing and manufacturing can be performed relatively easily. Therefore, 20μ
It is possible to etch at an angle nearly perpendicular to the surface over a depth of m. In a process using a current semiconductor manufacturing apparatus and a semiconductor device, it is possible to process at an angle of 80 ° or more with respect to the surface over a depth of 20 μm. Further, when a metal or alloy such as Au or Pt is formed on the Si surface to form the conductive layer 22, the thickness of Si can be reduced to about 10 μm.

【0014】[0014]

【発明の効果】以上説明したように本発明は荷電粒子源
から放射された荷電粒子ビームを、遮蔽物上に走査して
得られる信号からビーム寸法を測定する装置において、
複数の信号を用いて信号処理を行いビーム寸法を定める
ことにより、S/N比の高い信号波形が得られ、その結
果精度の高い測定が可能となる。本発明は、電子ビーム
の寸法測定に関するものであるが、電子ビーム以外の荷
電粒子を用いた場合でも同様の効果が得られる。
As described above, the present invention relates to an apparatus for measuring a beam size from a signal obtained by scanning a charged particle beam emitted from a charged particle source on a shield,
By performing signal processing using a plurality of signals to determine the beam size, a signal waveform having a high S / N ratio is obtained, and as a result, highly accurate measurement is possible. The present invention relates to the measurement of the size of an electron beam, but the same effect can be obtained even when charged particles other than the electron beam are used.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(a)は本発明の第1の実施例を説明する図,
(b)はその信号処理部を示す図である。
FIG. 1A is a diagram illustrating a first embodiment of the present invention,
(B) is a diagram showing the signal processing unit.

【図2】本発明の第1の実施例の各部の電流波形を示す
図である。
FIG. 2 is a diagram showing a current waveform of each part of the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第2の実施例を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a second embodiment of the present invention.

【図4】従来例を説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a conventional example.

【図5】(a)〜(c)は従来例の電流波形とその微分
波形を示す図である。
FIGS. 5A to 5C are diagrams showing a current waveform and a differential waveform thereof in a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 単結晶Siナイフエッジ 2 [111]面 3 [100]面 4 電子ビーム 5 電子源 6 ファラデーカップ 7,22 アパチャ 8 反射電子検出器 9 2次電子検出器 10 信号処理部 11 2次電子 12 反射電子 22 導電層 Reference Signs List 1 single crystal Si knife edge 2 [111] plane 3 [100] plane 4 electron beam 5 electron source 6 Faraday cup 7,22 aperture 8 reflected electron detector 9 secondary electron detector 10 signal processing unit 11 secondary electron 12 reflection Electron 22 conductive layer

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 荷電粒子源と、開口部を有する遮蔽物
と、前記開口部を通過する荷電粒子を捕捉するファラデ
ーカップと、前記開口部を有する遮蔽物の上方に配置さ
れた反射荷電粒子検出器および2次電子検出器と、前記
遮蔽物,ファラデーカップ,反射荷電粒子検出器および
2次電子検出器からの信号を受けとり処理する信号処理
部とを有する荷電粒子ビームの寸法測定装置。
1. A charged particle source, a shield having an opening, a Faraday cup for capturing charged particles passing through the opening, and a reflected charged particle detector disposed above the shield having the opening. An apparatus for measuring the size of a charged particle beam, comprising: a detector and a secondary electron detector; and a signal processing unit that receives and processes signals from the shield, the Faraday cup, the reflected charged particle detector, and the secondary electron detector.
【請求項2】 上記開口部を有する遮蔽物は金属からな
る請求項1記載の荷電粒子ビームの寸法測定装置。
2. The apparatus for measuring the size of a charged particle beam according to claim 1, wherein the shield having the opening is made of metal.
【請求項3】 上記開口部を有する遮蔽物はシリコンか
らなり、かつ開口部の側壁の角度が表面に対して80度
以上である請求項1記載の荷電粒子ビームの寸法測定装
置。
3. The charged particle beam size measuring apparatus according to claim 1, wherein the shield having the opening is made of silicon, and an angle of a side wall of the opening is 80 degrees or more with respect to a surface.
【請求項4】 荷電粒子源から放射された荷電粒子ビー
ムを、開口部を有する遮蔽物上に走査して得られる信号
からビーム寸法を測定する方法において、前記遮蔽物か
ら得られる信号と、前記開口部を通過する荷電粒子の信
号と、遮蔽物から反射する荷電粒子の信号と、遮蔽物か
ら放出された2次電子の信号を用いて信号処理を行いビ
ーム寸法を求めることを特徴とする荷電粒子ビームの寸
法測定方法。
4. A method for measuring a beam size from a signal obtained by scanning a charged particle beam emitted from a charged particle source on a shield having an opening, wherein the signal obtained from the shield, Signal processing is performed by using a signal of a charged particle passing through an opening, a signal of a charged particle reflected from a shield, and a signal of a secondary electron emitted from the shield to obtain a beam size. A method for measuring the size of a particle beam.
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