JPH02254368A - 輻射ビーム電流密度測定装置 - 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、輻射ビーム（電子ビーム、イオンビーム、可
視光ビーム等）の電流密度分布及びビーム寸法の測定を
行なう輻射ビーム電流密度測定装置に関するものである
。

〔従来の技術〕

第１０図は従来の電子ビーム露光装置における電子ビー
ム電流密度測定装置の構成図である。

図において、１は電子ビームを送出する電子鏡筒（発生
源）、２は電子鏡筒から送出された電子ビーム（輻射ビ
ーム）、４０はワイヤー、３はワイヤー４０を通過した
電子ビームを電流に変換するファラデーカップ（検出素
子）、４はファラデーカップ３からの電流値を表示する
電流計である。

通常、ワイヤー４０は電子ビーム露光装置における試料
（ウェハ）の高さ、即ち電子鏡筒１から発生する電子ビ
ーム２の焦点の高さに取付けられる。そして、ファラデ
ーカップ３は電子ビーム全体が入射するのに十分な大き
さを有し、電子鏡筒ｌに対向して取付けられている。ま
た、ファラデーカップ３は電流計４に接続されており、
この電流計４ワイヤー４０からの電子ビーム２を電流に
変換した値を示している。

さて、電子ビーム２はワイヤー４０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操作され、ワイヤー
４０によって遮られない電子ビーム２がファラデーカッ
プ３によって測定される。

第１２図は電子ビーム２をワイヤー４０によって遮蔽し
た場合を示す説明図である。

また、第１３図（ａ）　〜（Ｃ）は第１２図においてフ
ァラデーカップ３によって検出された電流密度信号波形
を示す波形図である。

さて、第１２図に示すように、電子ビーム２がワイヤー
４０によって遮られ、ワイヤー４０を通過した電子ビー
ム２がファラデーカップ３に入射する。このとき、電流
計４の測定電流は第１３図（ａ）に示すような波形が得
られる。そして、この波形の１次微分波形は同図（ｂ）
のようになり、電子ビームの走査方向における電流密度
分布を反映したものとなる。さらに、この波形の２次微
分波形は同図（Ｃ）のようになり、そのゼロクロス２点
の距離１２が電子ビーム寸法となる。

また、第１１図は別の電子ビーム電流密度測定装置を示
す構成図である。ここでは、第１０図におけるワイヤー
４０の代わりに金属メツシュ４１を用いている。他は第
１０図と同様である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら従来の電子ビーム電流密度測定装置は、下
記のような欠点を有している。

（１）第１０図に示す電子ビーム電流密度測定装置は、
第１２図のように電子ビーム２の一部分を断面形状が丸
いワイヤー４０を用いて遮っているので、電子ビーム２
の一部がワイヤー４０のエツジに当たっているにもかか
わらず様々な方向に散乱され、その一部がファラデーカ
ップ３に入射する。このため、測定された電流密度分布
波形は、実際の電流密度分布よりもなまった波形として
観測されてしまう欠点があった。特に、ワイヤー４０の
直径に対して極端に微小な寸法の電子ビームにおいては
、正確な電流密度分布を測定することができないという
欠点があった。

（２）第１１図に示す電子ビーム電流密度測定装置は、
金属メツシュ４１のエツジ断面が上記ワイヤー４０に比
べ急峻であり、電子ビーム２の散乱は少な（なる。しか
し、金属メツシュ４１におけるエツジの直線性及び直交
性が悪いため、エツジの辺を試料ステージの軸に平行に
取り付けることが困難であった。

また、第１４図は電子ビーム２ａが金属メツシュ４１に
よって遮蔽した場合を示した説明図である。ここでは、
矩形状の電子ビーム２ａが金属メツシュ４１によって遮
られる様子を示している。

同図に示すように、金属メツシュ４１は取付は角度のず
れ及びエツジの凹凸を有するため、第１３図（ａ）〜（
Ｃ）に示す波形と同様になまりが発生するという欠点が
あった。

（３）従来の電子ビーム電流密度測定装置は、ワイヤー
４０．金属メツシュ４１のいずれの場合においても、エ
ツジの高さを正確に設定することは容易ではなかった。

従って、電子ビーム露光装置に用いた場合、ウェハ等の
試料面とワイヤー４０または金属メツシュ４１のエツジ
の高さとにずれ（誤差）が生じ、焦点のずれが生じる欠
点があった。

本発明は上記のような欠点を解消するためになされたも
ので、正確な輻射ビーム電流密度分布及び寸法を測定す
ることができる輻射ビーム電流密度測定装置を得ること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る輻射ビーム電流密度測定装置は、輻射ビー
ムを送出する発生源と、この発生源から送出された輻射
ビームの通路に設けれた単結晶体からなる遮蔽部と、こ
の遮蔽部を通過した輻射ビームを電気信号に変換する検
出素子とを備えている。

〔作　用〕

単結晶体からなる遮蔽部により発生源からの輻射ビーム
を遮蔽する。

〔実施例〕 次に、本発明について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す電子ビーム電流密度測
定装置の構成図である。

図において、第１０図と同一部分には同一符号を付する
。５は遮蔽部にあたる単結晶シリコンナイフェツジであ
る。

また、第２図は第１図に示す電子ビーム電流密度測定装
置を用いた電子ビーム露光装置を示す構成図である。

図において、６は単結晶シリコンナイフエッジ外周部、
７はナイフェツジの辺、８はウェハ等の試料、９は試料
ステージ、１０ａ、１０ｂはレーザー干渉計、１１３．
１１ｂはミラー　１２ａ。

１２ｂは駆動モーターである。

通常、単結晶ナイフェツジ外周部６の辺は、試料ステー
ジ８におけるレーザー干渉１０ａ、１０ｂのミラー１１
ａ、１１ｂに対して平行に取付けられている。そして、
単結晶シリコンナイフェツジ外周部６はナイフェツジの
辺７に対して平行であるので、結果的にナイフェツジの
辺７が試料ステージ８の軸に対して整合する。

また、単結晶シリコンナイフェツジ５の表面を試料８の
上面に合わせることにより、単結晶シリコンナイフェツ
ジ５と試料１との高さを一致させることができる。

次に、第３図（ａ）〜（Ｃ）は単結晶シリコンナイフェ
ツジ５を示す構造図である。ここで、同図（ａ）は正面
形状、同図（ｂ）は同図（ａ）におけるＩ［［Ｂ−Ｉ［
Ｂ断面形状、同図（Ｃ）は同図（ａ）におけるｍｃ−ｍ
ｃ断面形状を示している。

なお、電子ビームは、同図（ａ）において、背面から照
射されるものとする。また、１３は〔１００〕面、１４
ａ　〜１４ｈは（１１１）面、１５ａ〜１５ｄは（０１
１）面を示している。

次に、第４図（ａ）〜（ｆ）は単結晶シリコンナイフェ
ツジ５の製造方法を示す断面図である。

以下、図に従って製造方法を説明する。

まず、同図（ａ）に示すように、シリコン基板２２の表
面（（１００）面）及び裏面にシリコンナイトライド膜
２１ｂ、２１ａを形成し、シリコンナイトライド膜２１
ａの上層にレジスト１９を塗布する。

ここで、レジストパターンの形成は、フォトマスクパタ
ーンの光転写技術若しくは電子ビームによる直接描画技
術を利用する。しかし、パターンの回転がシリコン基板
２２の結晶軸に合っていない場合はエツチング面が段階
状になるので、これらを整合させて露光する必要がある
。そのため、第５図（ａ）〜（ｃ）に示す説明図のよう
に、測定用ビーム３０ａ、３０ｂを用いてシリコン基板
２２　（ウェハ）のオリエンテーションフラット（以下
、オリフラという）３１を走査しく第５図（ａ））　、
同図（ｂ）、　　（Ｃ）に示す測定ビーム３０ａ、３０
ｂに対応したオリフラ位置検出信号を得ることにより、
オリフラ３１の回転（矢印）を測定する。そして、パタ
ーンの回転をオリフラ３１に合わせて第６図に示す説明
図のようなレジストパターン２０を形成する（第４図（
ｂ））。

次に、レジストパターン２０をマスクとしてシリコン基
板の裏面のシリコンナイトライド２１ａを例えばＣＨＦ
　ｓ等のプラズマによるリアクティブイオンエツチング
によりエツチングする（第４図（Ｃ））。

そして、レジストパターン２０を除去した後、残ったシ
リコンナイトライド膜２３をマスクとして、水酸化カリ
ウム水溶液を用いてシリコン基板２２のウェットエツチ
ングを行なう　（第４図（ｄ））。このとき、シリコン
基板の（１１１）面は、他の結晶面に対してエツチング
レートが小さいので非常にスムースな面が形成される。

また、（１００）面１３と（１１１）面１４ａ　〜１４
ｈが構成する全ての稜線は基板の結晶性により〔１００
〕面内において直交または平行となる。

次に、ウェットエツチングにおいて、エッチャント濃度
、エッチャント温度、エツチング時間を制御し、ナイフ
ェツジパターンの大きさが所定の寸法になるようにする
。このとき、シリコン基板２２のスクライブライン上の
マスクパターン２４の幅は、ナイフェツジ穴２５の幅に
比べて十分細くしであるので、この部分はエツチング後
も隣接したチップとつながった状態になる。

その後、シリコンナイトライド膜２１ｂ、２３を弗酸水
溶液により除去する（第４図（ｅ））。

そして、隣接したチップの分離はスクライブライン２６
を襞間して行なう。これにより、シリコン基板２２　（
チップ）の外周は、（０１１）面１５ａ〜１５ｄが形成
される。この面は、（１００）面１３に対して垂直であ
り、またナイフェツジの辺に対して平行となる。

さて、第７図は電子ビーム２を単結晶シリコンナイフェ
ツジ５によって遮蔽した場合を示す説明図である。

また、第８図（ａ）〜（Ｃ）は第７図においてファラデ
ーカップ３によって検出された電流密度信号波形を示す
波形図である。

第７図から明らかなように、単結晶シリコンナイフェツ
ジ５によって遮られた電子ビーム２は全て反射されるた
め、エツジの散乱によりファラデーカップ３に電子ビー
ム２の一部が入射することがない。従って、第８図（ａ
）〜（ｃ）に示すように、電流密度信号波形がなまるこ
とがなく正確なビーム寸法１．を得ることができる。

また、第９図は電子ビーム２ａが単結晶シリコンナイフ
ェツジ５によって遮蔽した場合を示した説明図である。

ここでは、矩形状の電子ビーム２ａが単結晶シリコンナ
イフェツジ５によって遮られる様子を示している。

第９図から明らかなように、単結晶シリコンナイフェツ
ジ５は、結晶面に対してエツジ面を形成しているので、
ナイフェツジの直線性及び直交性を向上させることがで
きる。このため、第１４図に示すような取付は角度のず
れやエツジの凹凸が無く、第８図（ａ）〜（Ｃ）と同様
になまりのない電流密度信号波形を得ることができる。

なお、上記実施例では、電子ビーム露光装置における電
子ビームの電流密度分布を測定する場合について述べた
が、イオンビーム露光装置、イオン注入装置又は光ビー
ム露光装置等に用いてもよい。

また、上記実施例では、単結晶シリコンナイフェツジ５
の製造方法において、シリコン基板２２裏面のシリコン
ナイトライド膜２１ａのエツチングにＣＨＦ　ｘプラズ
マによるリアクティフエッチングを用いたが、ＣＦ４　
＋Ｏ□プラズマを用いてもよい。さらに、単結晶シリコ
ンナイフェツジ５０表面に金属薄膜またはカーボン薄膜
を形成してもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、遮蔽部に単結晶体を用い
ているため、遮蔽部により輻射ビームが完全に遮ること
ができる。このため、輻射ビームの電流密度分布及びビ
ーム寸法を精度良く得ることができる。

また、遮蔽部のエツジ形状の直線性と直交性とを向上さ
せることができるため、例えば電子ビーム露光装置等に
用いる場合、試料ステージの軸に対して遮蔽部を整合す
ることができ、精度の良い輻射ビームの電流密度及びビ
ーム寸法を得ることができる。

さらに、同じく電子ビーム露光装置等に用いた場合、遮
蔽部と試料（シリコン基板等）とを容易に同一の高さに
設定することができるため、試料表面における焦点のず
れを解消することができるなど優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す電子ビーム電流密度測
定装置の構成図、第２図は第１図に示す電子ビーム電流
密度測定装置を用いた電子ビーム露光装置を示す構成図
、第３図（ａ）〜（ｃ）は単結晶シリコンナイフェツジ
５を示す構造図、第４図（ａ）〜（ｆ）は単結晶シリコ
ンナイフェツジ５の製造方法を示す断面図、第５図はシ
リコン基板の結晶軸の検出を示す説明図、第６図はレジ
ストパターンを示す説明図、第７図は電子ビーム２を単
結晶シリコンナイフェツジ５によって遮蔽した場合を示
す説明図、第８図（ａ）〜（Ｃ）は第７図においてファ
ラデーカップ３によって検出された電流密度信号波形を
示す波形図、第９図は電子ビーム２ａが単結晶シリコン
ナイフェツジ５によって遮蔽した場合を示した説明図、
第１０図は従来の電子ビーム露光装置における電子ビー
ム電流密度測定装置の構成図、第１１図は別の電子ビー
ム電流密度測定装置を示す構成図、第１２図は電子ビー
ム２をワイヤー４０によって遮蔽した場合を示す説明図
、第１３図（ａ）〜（Ｃ）は第１２図においてファラデ
ーカップ３によって検出された電流密度信号波形を示す
波形図、第１４図は電子ビーム２ａが金属メツシュ４工
によって遮蔽した場合を示した説明図である。 １・・・電子鏡筒、２・・・電子ビーム、３・・ファラ
デーカップ、 ・電流計、 ・単結晶シリコンナイフェツジ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 輻射ビームを送出する発生源と、この発生源から送出さ
   れた輻射ビームの通路上に設けれた単結晶体からなる遮
   蔽部と、この遮蔽部を通過した前記輻射ビームを電気信
   号に変換する検出素子とを備えたことを特徴とする輻射
   ビーム電流密度測定装置。