JP2001041931A - Laser mass spectrometer - Google Patents

Laser mass spectrometer

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JP2001041931A
JP2001041931A JP11213159A JP21315999A JP2001041931A JP 2001041931 A JP2001041931 A JP 2001041931A JP 11213159 A JP11213159 A JP 11213159A JP 21315999 A JP21315999 A JP 21315999A JP 2001041931 A JP2001041931 A JP 2001041931A
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JP
Japan
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laser
sample
mass spectrometer
foreign matter
film
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Pending
Application number
JP11213159A
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Japanese (ja)
Inventor
Hirokatsu Yamaguchi
裕功 山口
Hidefumi Ibe
英史 伊部
Kinya Eguchi
欣也 江口
Aritoshi Sugimoto
有俊 杉本
Masakazu Sakimoto
正教 崎元
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To correctly cut a film down to the foreign matter on a semiconductor sample up to the position of the foreign matter and remove the film on the surface of the sample, when the foreign matter in the film or at the interface of the film is to be analyzed by observing a laser spot on the sample, every time the sample surface is cut by making a laser irradiation. SOLUTION: After a semiconductor wafer sample 4 is placed on a stage, the stage is moved to move the position of foreign matter below an objective lens 17. The focal point of a laser light is focused for correction by moving a collective lens 19. A carved depth Δz of the surface of the sample is obtained from a movement distance M.Δz of the collective lens 19, every time a pulse laser light is irradiated once. The cut depth per pulse can be adjusted, by adjusting the attenuation rate of an attenuation filter 13. The intensity of the laser light is set to be minimum at first, and then increased stepwise by each pulse. The intensity of the laser light is fixed, when the cut depth per pulse becomes approximately 1/10 the depth from a sample surface to the foreign matter.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はメモリ,ASICなどの
LSI, 磁気デイスク装置,液晶などの半導体デバイスの
歩留り向上のために必要な微小な異物,汚染部の化学分
析装置であり、特に膜中、膜界面、深溝内に存在する異
物の分析装置に関するものである。
The present invention relates to a memory, an ASIC, and the like.
This is a chemical analyzer for microscopic foreign matter and contaminated parts necessary for improving the yield of semiconductor devices such as LSIs, magnetic disk devices, and liquid crystals, especially for foreign matter present in the film, at the film interface, and in the deep groove. It is.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体製品などの集積度の向上に
ともない、微小な異物や微量の汚染物でも不良の原因と
なってきている。歩留まり向上のためには、これらの異
物、汚染物の大きさや組成、成分の分析を行う必要があ
る。無機の微小異物の元素分析手法としては、SEM−
EDXなどが確立されているが、有機の微小異物の分子
構造を分析する手法としては、現在レーザ質量分析法な
どの開発が進められている段階である。
2. Description of the Related Art In recent years, with the improvement in the degree of integration of semiconductor products and the like, even minute foreign matters or minute amounts of contaminants have caused defects. In order to improve the yield, it is necessary to analyze the size, composition, and components of these foreign substances and contaminants. As an elemental analysis method for inorganic fine foreign substances, SEM-
Although EDX and the like have been established, as a method for analyzing the molecular structure of organic minute foreign matter, development such as laser mass spectrometry is currently in progress.

【0003】顕微レーザ質量分析計の従来技術の例は特
開昭63−146339号公報に記載されている。図7
に従来技術の装置構成を示す。レーザ光源11から出射
したレーザ光は対物レンズ17により、試料4に集光照
射される。この照射により試料4から分子やフラグメン
トを脱離及びイオン化する。生じたイオンはイオン引出
電極21による電場で加速され、イオンリフレクタ23
で反射された後、イオン検出器24に入射する。このイ
オンリフレクタ23は試料から出射するイオンの初速度
の違いによる、飛行時間のばらつきを低減するものであ
る。電場によって加速されたイオンのエネルギは、イオ
ンの質量によらず一定である。従って質量の大きなイオ
ンほど速度が小さく、一定の距離を飛行する時間が長
い。これから、レーザ光を試料4に照射した時刻とイオ
ンが検出器24に入射した時刻との差を測定することに
より、イオンの質量を求めることができる。
[0003] An example of the prior art of a microscopic laser mass spectrometer is described in JP-A-63-146339. FIG.
Fig. 1 shows the configuration of a conventional device. The laser light emitted from the laser light source 11 is focused and irradiated on the sample 4 by the objective lens 17. By this irradiation, molecules and fragments are desorbed and ionized from the sample 4. The generated ions are accelerated by the electric field generated by the ion extraction electrode 21 and are reflected by the ion reflector 23.
After being reflected by the light, the light enters the ion detector 24. The ion reflector 23 reduces variations in flight time due to a difference in initial velocity of ions emitted from the sample. The energy of the ions accelerated by the electric field is constant regardless of the mass of the ions. Therefore, ions having a larger mass have a lower velocity and a longer time to fly a certain distance. From this, the mass of the ions can be determined by measuring the difference between the time when the sample 4 is irradiated with the laser light and the time when the ions enter the detector 24.

【0004】ところで、半導体素子の不良原因となる異
物は、試料表面だけではなく、膜中や膜界面にも付着す
る。上記従来技術では、これらの異物を迅速に分析する
ためには、表面の膜を除去する必要がある。そのために
今までFIBが用いられてきたが、これは試料を変質さ
せ、異物本来の分析情報が損なわれるという問題があっ
た。一方、レーザ質量分析系ではレーザの照射で試料表
面が削られるため、適度な強度のレーザ光を照射すれ
ば、異物を露出させることができる。しかもレーザ光は
FIBのような試料の変質が少ない。
[0006] Foreign matter which causes a defect in a semiconductor element adheres not only to the surface of a sample but also to a film or a film interface. In the above-mentioned conventional technology, it is necessary to remove the film on the surface in order to quickly analyze these foreign substances. For this reason, FIB has hitherto been used, but this has a problem that the sample is deteriorated and the original analysis information of the foreign matter is lost. On the other hand, in a laser mass spectrometry system, the sample surface is shaved by laser irradiation, so that foreign matter can be exposed by irradiating a laser beam with an appropriate intensity. In addition, the laser light has little deterioration of the sample such as FIB.

【0005】しかし、上記の従来技術はレーザ光による
表面層除去の方法については言及されていない。また、
これらの異物解析を製造現場において迅速に行うために
は、分析作業の自動化が必要であるが、上記従来技術で
は自動化のための具体的手段までは言及されていない。
However, the above-mentioned prior art does not mention a method of removing a surface layer by a laser beam. Also,
In order to quickly perform such foreign substance analysis at a manufacturing site, it is necessary to automate the analysis work. However, the above-mentioned conventional technology does not mention any specific means for automation.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】半導体試料の膜中や膜
界面の異物を分析するには、表面の膜を除去し、表面が
異物の深さまで削られたことを確認する必要がある。ま
た、レーザの照射で試料表面を削ろうとすると、異物の
存在する深さに合わせて適度な強度のレーザ光を照射す
る必要がある。しかし、試料によってレーザ光の吸収率
や沸点が異なるため、レーザ光強度の設定は容易でな
い。さらにまた、上記従来装置では分析操作の自動化に
付いては述べられていない。分析操作に時間がかかる
と、分析データを製造現場にフィードバックするのが遅
くなることや、装置のオペレータが常に必要であるとい
う問題があった。
In order to analyze foreign matter in the film of a semiconductor sample or at the film interface, it is necessary to remove the film on the surface and confirm that the surface has been cut to the depth of the foreign matter. Further, when trying to cut the sample surface by laser irradiation, it is necessary to irradiate a laser beam having an appropriate intensity in accordance with the depth at which a foreign substance exists. However, since the absorption rate and the boiling point of the laser light differ depending on the sample, setting the laser light intensity is not easy. Furthermore, the above-mentioned conventional apparatus does not describe automation of an analysis operation. If the analysis operation takes a long time, there are problems that the feedback of the analysis data to the manufacturing site is delayed and that an operator of the apparatus is always required.

【0007】本発明の第1の目的は、レーザ質量分析計
で膜中や膜界面の異物を分析する際、FIBの代替とし
ての、異物上の膜を異物位置まで正確に削る方法を確立
することにある。
A first object of the present invention is to establish a method for accurately removing a film on a foreign substance to the position of the foreign substance as a substitute for FIB when analyzing a foreign substance in a film or a film interface by a laser mass spectrometer. It is in.

【0008】第2の目的は、レーザ光の照射条件を最適
に設定する操作を簡略化することにある。
[0008] A second object is to simplify the operation of setting the laser beam irradiation conditions optimally.

【0009】第3の目的は、分析作業の迅速化及び簡略
化を図るため、測定にかかる操作を自動化することにあ
る。
A third object is to automate the operation related to measurement in order to speed up and simplify the analysis work.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記第1の目的のため
に、レーザ光を照射して試料表面を削る毎に、試料上の
レーザスポットを観察することにより、削られた深さを
確認するようにしたものである。
For the above-mentioned first object, every time the surface of the sample is cut by irradiating a laser beam, the depth of the cut is confirmed by observing a laser spot on the sample. It is like that.

【0011】上記第2の目的のために、レーザ光の強度
を可変にするための可変フィルタを設け、レーザ光パル
スの照射毎にレーザ光の強度を段階的に強くしていき、
所定の強度に達した時点で分析を行うようにしたもので
ある。
For the second object, a variable filter for changing the intensity of the laser light is provided, and the intensity of the laser light is increased step by step with each irradiation of the laser light pulse.
The analysis is performed when the intensity reaches a predetermined level.

【0012】上記第3の目的のために、測定位置決め、
焦点合わせ、レーザ光強度設定、レーザ光照射、データ
取り込みをシークエンスにしたがって行うようにしたも
のである。
For the third purpose, measurement positioning,
Focusing, laser beam intensity setting, laser beam irradiation, and data acquisition are performed according to a sequence.

【0013】即ち、本発明の作用を図1により説明す
る。図1(a)は半導体ウエハ試料の断面を示したもの
で、F1,F2,F3は膜であり、Pは異物である。
(b)は試料ステージを動かして、レーザ光の近傍に異
物を移動してきた状態である。ここで、L1とL2は対
物レンズで集光した2つのレーザ光であるが、(b)の
段階では両者の焦点は一致させておく。(c)はステー
ジ高さを調整して、レーザ光L1、L2の焦点を異物に
合わせた状態である。焦点合わせの方法を図2に示す。
(a)、(b)はそれぞれ異物に焦点が合っていない状
態、及び焦点が合った状態における、カメラで観察した
レーザスポットの像と、画像解析して得た光の強度分布
である。焦点が合ったことの判定は、ピーク高さhが極
大になるかピーク幅wが極小となるのを確認して行う。
That is, the operation of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1A shows a cross section of a semiconductor wafer sample, where F1, F2, and F3 are films, and P is a foreign substance.
(B) shows a state in which the sample stage is moved to move a foreign substance near the laser beam. Here, L1 and L2 are two laser beams condensed by the objective lens, but at the stage (b), the focal points of both are made to coincide. (C) shows a state where the stage height is adjusted and the laser beams L1 and L2 are focused on the foreign matter. FIG. 2 shows a focusing method.
(A) and (b) are an image of a laser spot observed by a camera and a light intensity distribution obtained by image analysis in a state where the foreign matter is not focused and a state where the foreign matter is focused, respectively. The focus is determined by confirming that the peak height h is maximum or the peak width w is minimum.

【0014】図1(d)は図1(c)の状態から、レー
ザ光L1の焦点を図の上方に向けて移動し試料表面に合
わせた状態である。この操作は試料ステージの移動では
なく、レーザ光学系の移動により行う。その方法を図3
に示した。12は連続発振レーザ光源、13は連続可変
減衰フィルタ、19は集光レンズ、18はコリメータレ
ンズ、17は対物レンズ、4は試料、Fは焦点である。
2つのレンズ17、18により焦点Fは試料4上の焦点
に転写される。この光学系の縦倍率をMとおく。試料4
側の焦点距離がΔz移動する場合、反対側の焦点Fの位
置はM・Δz移動する。また焦点Fの移動距離は集光レ
ンズ19の移動距離に等しい。したがって、図1(c)
から図1(d)に至るまでの集光レンズ19の移動距離
を測定すれば、異物P上の膜厚Δzを求めることができ
る。
FIG. 1D shows a state where the focal point of the laser beam L1 has been moved upward from the state of FIG. This operation is performed not by moving the sample stage but by moving the laser optical system. Figure 3 shows the method.
It was shown to. 12 is a continuous wave laser light source, 13 is a continuously variable attenuation filter, 19 is a condenser lens, 18 is a collimator lens, 17 is an objective lens, 4 is a sample, and F is a focal point.
The focal point F is transferred to the focal point on the sample 4 by the two lenses 17 and 18. The vertical magnification of this optical system is set to M. Sample 4
When the focal length on the side moves by Δz, the position of the focal point F on the opposite side moves by M · Δz. The moving distance of the focal point F is equal to the moving distance of the condenser lens 19. Therefore, FIG.
By measuring the moving distance of the condenser lens 19 from FIG. 1 to FIG. 1D, the film thickness Δz on the foreign matter P can be obtained.

【0015】ところで、図1(d)のように試料表面に
レーザ光L1の焦点が合ったことを確認するには、次の
ように行う。膜F1/F2界面や試料表面では異物表面
と同様、光の反射が起こる。すなわち、異物表面、F1
/F2界面、試料表面の3点で、図2(b)のようにレ
ーザスポット径が極小になる現象が観察される。したが
って、レーザ光の焦点を試料の奥から試料表面に向かっ
て走査する場合、この現象が最初に現れる位置を異物、
最後に現れる位置を試料表面と判断すればよい。
Incidentally, to confirm that the laser light L1 is focused on the sample surface as shown in FIG. 1D, the following is performed. Light reflection occurs at the interface between the film F1 / F2 and the surface of the sample, similarly to the surface of the foreign matter. That is, the surface of the foreign matter, F1
At the three points of the / F2 interface and the sample surface, a phenomenon in which the laser spot diameter becomes extremely small as shown in FIG. 2B is observed. Therefore, when the focal point of the laser beam is scanned from the back of the sample toward the sample surface, the position where this phenomenon first appears is a foreign substance,
The position that appears last may be determined as the sample surface.

【0016】図1(e)はレーザ光L1と同じ位置にパ
ルスレーザ光を照射して、試料表面を削った状態であ
る。図1(f)はレーザ照射痕の底部にレーザ光L1の
焦点を合わせ直した状態である。この状態で再びパルス
レーザ光を照射して、試料表面を削る。図1(g)はこ
の操作を繰り返して、レーザ照射痕が異物に到達した状
態である。この状態の判定は、レーザ光L1とL2の焦
点が一致したことを確認して行う。この状態でパルスレ
ーザ光の照射により、異物からイオンを発生させ、質量
分析計に取込み、質量スペクトルを得る。
FIG. 1 (e) shows a state where the same position as the laser beam L1 is irradiated with a pulsed laser beam to cut the sample surface. FIG. 1F shows a state in which the laser beam L1 is refocused on the bottom of the laser irradiation mark. In this state, the surface of the sample is shaved by irradiating pulse laser light again. FIG. 1 (g) shows a state in which this operation is repeated and the laser irradiation mark reaches the foreign matter. The determination of this state is performed after confirming that the focal points of the laser beams L1 and L2 match. In this state, ions are generated from the foreign matter by irradiation with a pulse laser beam, and the ions are taken into a mass spectrometer to obtain a mass spectrum.

【0017】ところで、図1(g)のように照射痕を異
物深さに正確に到達させるためには、パルスレーザ光の
1パルスあたりの削られる深さを最適値に設定する必要
がある。本発明では図3の集光レンズ19を移動するこ
とにより、レーザ光L1の焦点の合わせ直しを行う。そ
こでパルスレーザ光を1回照射するごとに集光レンズ1
9の移動距離M・Δzから、試料表面の削られた深さΔ
zを求めるようにした。また、1パルスあたりの削られ
る深さの調整は、減衰フィルタ13の減衰率を調整する
ことにより可能である。最初はレーザ光強度を最小にし
ておき、1パルス毎に強度を段階的に大きくしてゆく。
1パルスあたりの削られる深さが、試料表面から異物ま
での深さの10分の1程度に達したところで、レーザ光
強度を固定すれば良い。
By the way, as shown in FIG. 1 (g), in order for the irradiation mark to accurately reach the foreign matter depth, it is necessary to set the depth to be cut per pulse of the pulsed laser light to an optimum value. In the present invention, refocusing of the laser light L1 is performed by moving the condenser lens 19 of FIG. Therefore, each time the pulsed laser light is irradiated once, the condenser lens 1
From the moving distance M · Δz of No. 9, the depth Δ
z was determined. Adjustment of the shaving depth per pulse can be made by adjusting the attenuation rate of the attenuation filter 13. Initially, the laser beam intensity is minimized, and the intensity is increased stepwise for each pulse.
When the shaved depth per pulse reaches about one-tenth of the depth from the sample surface to the foreign matter, the laser beam intensity may be fixed.

【0018】以上により、膜中、膜界面、深溝内に存在
する異物を質量分析する際、表面膜を異物の位置まで正
確に削ることが出来、しかも異物を変質させる問題もな
く、正確な分析データを得ることができる。また、上記
の操作を自動化しておけば、質量分析を迅速に、かつ無
人で行うことが可能である。
As described above, when mass spectrometry is performed on a foreign substance present in the film, at the film interface, or in the deep groove, the surface film can be accurately cut to the position of the foreign substance, and the accurate analysis can be performed without any problem of altering the foreign substance. Data can be obtained. If the above operation is automated, mass analysis can be performed quickly and unattended.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】(実施例1)図4は本発明の実施
例1の装置構成を示したものである。1は飛行時間型質
量分析計、2は試料室、3x,3y,3zはそれぞれ試
料ステージのx、y、z方向の移動機構、4は試料、1
1はYAGレーザ光源、12a及び12bはHe−Ne
レーザ光源、13は連続可変減衰フィルタ、14はハロ
ゲンランプ、15a及び15bはTVカメラ、16は穴
明き鏡、17は対物レンズ、18a,18b,19a,
19bはレンズ、20はレンズ移動機構、21はイオン
引出電極、22は偏向電極、23はイオンリフレクタ、
24はイオン検出器、25はイオン軌道、41はステー
ジ制御装置、42は質量スペクトル取得用コンピュー
タ、43は測定シークエンス制御用コンピュータ、51
はSEM、F1〜F4は偏光フィルタ、L1,L2はレ
ーザ光である。
(Embodiment 1) FIG. 4 shows an apparatus configuration of Embodiment 1 of the present invention. 1 is a time-of-flight mass spectrometer, 2 is a sample chamber, 3x, 3y, and 3z are moving mechanisms of the sample stage in the x, y, and z directions, respectively.
1 is a YAG laser light source, 12a and 12b are He-Ne
Laser light source, 13 is a continuously variable attenuation filter, 14 is a halogen lamp, 15a and 15b are TV cameras, 16 is a perforated mirror, 17 is an objective lens, 18a, 18b, 19a,
19b is a lens, 20 is a lens moving mechanism, 21 is an ion extraction electrode, 22 is a deflection electrode, 23 is an ion reflector,
24 is an ion detector, 25 is an ion orbit, 41 is a stage controller, 42 is a computer for acquiring a mass spectrum, 43 is a computer for controlling a measurement sequence, 51
Denotes an SEM, F1 to F4 denote polarization filters, and L1 and L2 denote laser beams.

【0020】半導体ウエハ試料4をステージ3x,3
y,3z上に搭載後、ステージを移動して、異物位置を
対物レンズ17下に移動する。この位置設定は、あらか
じめ異物検査装置で求めた座標を磁気ディスクなどで測
定シークエンス制御用コンピュータ43に入力してお
き、この座標データをステージ制御装置41に送信する
ことにより行う。または、試料4をハロゲンランプ14
で照明してTVカメラ15bで得た画像を操作者が見な
がら、位置合わせを行う。
The semiconductor wafer sample 4 is placed on the stages 3x, 3
After mounting on y and 3z, the stage is moved to move the position of the foreign matter below the objective lens 17. This position setting is performed by inputting the coordinates obtained by the foreign matter inspection device in advance to the measurement sequence control computer 43 using a magnetic disk or the like, and transmitting the coordinate data to the stage control device 41. Alternatively, the sample 4 is
The position is adjusted while the operator looks at the image obtained by the TV camera 15b after illuminating with.

【0021】He−Neレーザ光源12aからの光L1
とHe−Neレーザ光源12bからの光L2はそれぞ
れ、試料表面と異物とを照射するものである。これら2
つのレーザ光は互いに区別して認識するため、偏光の向
きを互いに垂直にした。偏光の向きの設定は偏光フィル
タF1〜F4により行った。L1,L2によるレーザス
ポットをカメラ15a及び15bで観察する。これらの
像を測定シークエンス制御用コンピュータ43に取込
み、光強度とスポット径を求める。同コンピュータから
ステージ制御装置41に制御信号を送り、レーザ光L2
の焦点が異物に合うようにステージ3zの高さを調整す
る。
Light L1 from He-Ne laser light source 12a
And light L2 from the He-Ne laser light source 12b irradiate the sample surface and the foreign matter, respectively. These two
The polarization directions of the two laser beams were set perpendicular to each other so as to be distinguished and recognized. The setting of the polarization direction was performed by the polarization filters F1 to F4. The laser spots L1 and L2 are observed by the cameras 15a and 15b. These images are taken into the measurement sequence control computer 43, and the light intensity and the spot diameter are obtained. A control signal is sent from the computer to the stage controller 41, and the laser light L2
The height of the stage 3z is adjusted so that the focal point of the stage 3 is adjusted to the foreign matter.

【0022】また、同コンピュータからレンズ移動機構
191に制御信号を送り、レーザ光L1の焦点が試料表
面に合うようにレンズ19aの位置を調整する。ステー
ジ3zは0.1μmステップで動かすことが可能であ
る。また、対物レンズ17とレンズ18aによる像の拡
大倍率は100倍とした。試料4における焦点位置を
0.1μmステップで動かすために、レンズ移動機構1
91は10μmのステップで動くものとした。
The computer sends a control signal to the lens moving mechanism 191 to adjust the position of the lens 19a so that the laser beam L1 is focused on the sample surface. The stage 3z can be moved in 0.1 μm steps. The magnification of the image by the objective lens 17 and the lens 18a was 100 times. In order to move the focal position of the sample 4 in 0.1 μm steps, the lens moving mechanism 1
Reference numeral 91 denotes a unit that moves in steps of 10 μm.

【0023】図5は測定のシークエンスを示したもので
ある。図中Zはzステージの高さ、Δzはレーザ光L1
とL2との焦点位置のずれ、YAGはYAGレーザの強
度、L1はレーザ光L1の反射強度、L2はレーザ光L
2の反射強度である。レーザ光L2の焦点合わせは、z
ステージを走査しながらレーザ光L2の強度をカメラ1
5bでモニタし、最大強度になる位置Z0を探す。次に
L1の焦点合わせは上記の集光レンズ19aを動かすこ
とによりΔzを走査し、レーザ光L1の強度の極小が最
後に現れる位置Δz0を探す。
FIG. 5 shows a measurement sequence. In the figure, Z is the height of the z stage, and Δz is the laser beam L1.
, LAG is the intensity of the YAG laser, L1 is the reflection intensity of the laser beam L1, and L2 is the laser beam L.
2 is the reflection intensity. The focusing of the laser beam L2 is z
While scanning the stage, use the camera 1
Monitor at 5b and search for a position Z0 at which the intensity is maximum. Next, for focusing on L1, the above-described condensing lens 19a is moved to scan Δz, and a position Δz0 at which the minimum intensity of the laser beam L1 appears last is searched for.

【0024】次に、YAGレーザ光源11を1Hzで発
振させる。YAGレーザ光の1パルス毎に可変減衰フィ
ルタ13の透過率を徐々に大きくし、レーザ光強度を大
きくする。パルスレーザ光の照射毎に集光レンズ19を
動かしてHe−Neレーザ12aの焦点位置を照射痕に
合わせ直す。これからΔzの変化、すなわち試料の削ら
れた深さを求める。1パルスあたりのΔzの変化が、試
料4表面から異物までの深さの10分の1になったとこ
ろで、YAGレーザ光強度を一定とした。
Next, the YAG laser light source 11 is oscillated at 1 Hz. The transmittance of the variable attenuation filter 13 is gradually increased for each pulse of the YAG laser light to increase the laser light intensity. The focusing lens 19 is moved each time the pulsed laser light is irradiated, and the focal position of the He-Ne laser 12a is adjusted again to the irradiation mark. From this, the change of Δz, that is, the shaved depth of the sample is obtained. When the change in Δz per pulse became 1/10 of the depth from the surface of the sample 4 to the foreign matter, the YAG laser light intensity was kept constant.

【0025】Δzが0、すなわちレーザ光の照射痕が異
物に到達した段階で、YAGレーザ11の光を試料に照
射して発生したイオンを飛行時間形質量分析計1に取込
んだ。検出器24からの信号をスペクトル処理用コンピ
ュータ42で取込み、質量スペクトルを得た。さらに、
このスペクトルは、異物の座標と対応して磁気ディスク
に保存した。以上により、膜中、膜界面、深溝内に存在
する異物を質量分析する際、表面膜を異物の位置まで正
確に削ることが出来、しかも異物を変質させる問題もな
い。また、質量分析を迅速に、かつ無人で行うことが可
能である。
When Δz was 0, that is, when the laser beam irradiation mark reached the foreign matter, ions generated by irradiating the sample with the light of the YAG laser 11 were taken into the time-of-flight mass spectrometer 1. The signal from the detector 24 was taken in by the spectrum processing computer 42 to obtain a mass spectrum. further,
This spectrum was stored on a magnetic disk corresponding to the coordinates of the foreign matter. As described above, when mass spectrometry is performed on a foreign substance present in the film, at the film interface, or in the deep groove, the surface film can be accurately cut to the position of the foreign substance, and there is no problem of deteriorating the foreign substance. In addition, mass spectrometry can be performed quickly and unattended.

【0026】(実施例2)実施例2を図4により説明す
る。本装置はSEM51を試料室2に取り付けている。
レーザ質量分析計の対物レンズ17とSEM51とは1
80mm離して、互いに軸が平行になるように設置し
た。レーザ質量分析計とSEMとの間の試料の移動はス
テージ3xにより行うことができる。
(Embodiment 2) Embodiment 2 will be described with reference to FIG. In this apparatus, the SEM 51 is attached to the sample chamber 2.
The objective 17 of the laser mass spectrometer and the SEM 51 are 1
They were placed 80 mm apart so that their axes were parallel to each other. The movement of the sample between the laser mass spectrometer and the SEM can be performed by the stage 3x.

【0027】実施例1で述べたレーザスポットを観察す
る方法では、YAGレーザ照射痕の深さの測定分解能は
0.1μm程度が上限である。これに対して、SEMに
よる測定分解能は数十nmが得られる。ところが、レー
ザスポットの観察は、試料を移動する必要がないため、
ほとんど時間を要しないが、SEM観察は試料を移動し
て行うため、10s程度の時間を要する。
In the method of observing the laser spot described in the first embodiment, the upper limit of the resolution for measuring the depth of the YAG laser irradiation mark is about 0.1 μm. On the other hand, a measurement resolution of several tens of nm can be obtained by the SEM. However, observation of the laser spot does not require moving the sample,
Although hardly any time is required, the SEM observation takes about 10 s because the sample is moved.

【0028】そこで本実施例では、異物上の膜厚が0.
1μm以上残っている間は実施例1と同様レーザスポッ
トを観察して、膜厚を測定し、膜厚が0.1μmより薄
くなったときはSEMにより膜厚を測定することにし
た。これにより、異物厚さが0.1μmより薄い場合で
も、異物の位置まで精度良く試料を削ることが可能であ
る。
Therefore, in the present embodiment, the film thickness on the foreign material is set to 0.
While 1 μm or more remained, the laser spot was observed and the film thickness was measured in the same manner as in Example 1, and when the film thickness was smaller than 0.1 μm, the film thickness was measured by SEM. Thus, even when the thickness of the foreign matter is thinner than 0.1 μm, the sample can be accurately cut to the position of the foreign matter.

【0029】以上により実施例1同様、膜中、膜界面、
深溝内に存在する異物の質量分析を迅速に、かつ無人で
行うことが可能である。
As described above, in the same manner as in Example 1, in the film, at the film interface,
It is possible to perform mass analysis of the foreign substance present in the deep groove quickly and unmannedly.

【0030】(実施例3)実施例3を図4により説明す
る。本実施例ではHe−Neレーザ12aと12bとを
それぞれ633nm及び535nmと異なる波長のもの
とし、フィルタF1及びF2は633nm、F3及びF
4は535nmを選択透過させるものとした。これによ
り実施例1と同様レーザ光L1とL2とを識別して観察
できる。
(Embodiment 3) Embodiment 3 will be described with reference to FIG. In this embodiment, the He-Ne lasers 12a and 12b have wavelengths different from 633 nm and 535 nm, respectively, and the filters F1 and F2 are 633 nm, F3 and F3.
No. 4 selectively transmits 535 nm. Thus, the laser beams L1 and L2 can be identified and observed as in the first embodiment.

【0031】以上により実施例1同様、膜中、膜界面、
深溝内に存在する異物の質量分析を迅速に、かつ無人で
行うことが可能である。
As described above, in the same manner as in Example 1, in the film, at the film interface,
It is possible to perform mass analysis of the foreign substance present in the deep groove quickly and unmannedly.

【0032】(実施例4)実施例4を図6により説明す
る。本実施例ではHe−Neレーザ12及びカメラ15
を各々1台だけに簡略化したものである。本実施例では
YAGレーザ11を試料に照射するたびに、ステージ3
zを上下して異物と照射痕とに交互にレーザ光の焦点を
合わせ、それぞれに焦点の合うステージ高さを読み込
む。両者の差から、異物上に残っている膜厚を求めるこ
とができる。
(Embodiment 4) Embodiment 4 will be described with reference to FIG. In this embodiment, the He-Ne laser 12 and the camera 15 are used.
Are simplified to only one each. In this embodiment, each time the sample is irradiated with the YAG laser 11, the stage 3
The laser beam is focused on the foreign matter and the irradiation mark alternately by raising and lowering z, and the stage height at which each is focused is read. From the difference between the two, the film thickness remaining on the foreign matter can be determined.

【0033】以上により実施例1同様、膜中、膜界面、
深溝内に存在する異物の質量分析を迅速に、かつ無人で
行うことが可能である。
As described above, in the same manner as in Example 1, in the film, at the film interface,
It is possible to perform mass analysis of the foreign substance present in the deep groove quickly and unmannedly.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、半導体試
料の膜中、膜界面、深溝中に存在する異物の質量スペク
トルを迅速かつ簡便な操作で測定することができる。ま
た、分析の前に異物を変質させる問題もなく、正確な分
析データが得られる。
As described above, according to the present invention, a mass spectrum of a foreign substance existing in a film, a film interface, and a deep groove of a semiconductor sample can be measured by a quick and simple operation. In addition, accurate analysis data can be obtained without any problem of deteriorating foreign matter before analysis.

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

【図1】レーザ光の焦点合わせの工程順を説明する側断
面図。
FIG. 1 is a side sectional view for explaining the order of laser beam focusing.

【図2】焦点の画像を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a focused image.

【図3】焦点合わせ光学系の原理図。FIG. 3 is a principle diagram of a focusing optical system.

【図4】本発明の実施例1の装置の構成を説明する図。FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of an apparatus according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施例1の測定シークエンスを示すタ
イミングチャート。
FIG. 5 is a timing chart showing a measurement sequence according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施例4の装置を示す構成図。FIG. 6 is a configuration diagram illustrating an apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.

【図7】従来技術の装置を示す構成図。FIG. 7 is a configuration diagram showing a conventional device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…飛行時間型質量分析計、2…試料室、3x,3y,
3z…試料ステージ、4…試料、11…YAGレーザ光
源、12a,12b…He−Neレーザ光源、13…連
続可変減衰フィルタ、14…ハロゲンランプ、15a,
15b…TVカメラ、16…穴明き鏡、17…対物レン
ズ、18a,18b,19a,19b…レンズ、191
…レンズ移動機構、21…イオン引出電極、22…偏向
電極、23…イオンリフレクタ、24…イオン検出器、
25…イオン軌道、41…ステージ制御装置、42…質
量スペクトル取得用コンピュータ、43…測定シークエ
ンス制御用コンピュータ、51…SEM、F1〜F4…
偏光フィルタ、L1,L2…レーザ光。
1. Time-of-flight mass spectrometer 2. Sample chamber 3x, 3y,
3z: sample stage, 4: sample, 11: YAG laser light source, 12a, 12b: He-Ne laser light source, 13: continuous variable attenuation filter, 14: halogen lamp, 15a,
15b: TV camera, 16: Perforated mirror, 17: Objective lens, 18a, 18b, 19a, 19b: Lens, 191
... Lens moving mechanism, 21 ... Ion extraction electrode, 22 ... Deflection electrode, 23 ... Ion reflector, 24 ... Ion detector,
25: ion trajectory, 41: stage controller, 42: computer for mass spectrum acquisition, 43: computer for measurement sequence control, 51: SEM, F1 to F4 ...
Polarizing filters, L1, L2... Laser light.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江口 欣也 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 杉本 有俊 東京都青梅市新町六丁目16番地の3 株式 会社日立製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 崎元 正教 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体グループ内 Fターム(参考) 5C038 GG07 GH06 GH10 GH17  ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Kinya Eguchi, 292 Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Hitachi, Ltd.Production Technology Laboratory (72) Inventor Yusutoshi Sugimoto 6-16, Shinmachi, Ome-shi, Tokyo (3) Inside the Device Development Center, Hitachi, Ltd. (72) Inventor: Masanori Sakimoto 5-2-1, Kamimizuhonmachi, Kodaira-shi, Tokyo F-term in the Semiconductor Group, Hitachi, Ltd. 5C038 GG07 GH06 GH10 GH10 GH17

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体デバイス試料の微小部に付着した異
物・汚染物にレーザ光を照射してイオンを発生させ、イ
オンの質量スペクトルを測定する分析装置において、半
導体デバイス試料の膜中、膜界面または溝内部に含まれ
た異物を分析するに当たり、レーザ光の焦点を試料表面
から異物の深さまであらかじめ定めたシークエンスにし
たがい、レーザ光のパルス毎に移動していくことを特徴
とするレーザ質量分析計。
In an analyzer for irradiating a laser beam to a foreign substance or a contaminant adhered to a minute portion of a semiconductor device sample to generate ions and measuring a mass spectrum of the ions, a semiconductor device sample film, a film interface, Alternatively, when analyzing foreign matter contained in the groove, laser mass spectrometry is characterized in that the laser light focus is moved from the sample surface to the depth of the foreign matter according to a predetermined sequence, and is moved for each pulse of the laser light. Total.
【請求項2】請求項1記載のレーザ質量分析計におい
て、試料分子またはイオンを発生させるためのパルスレ
ーザ光と、参照用の連続発振レーザ光とを重畳して試料
に照射する光学系と、試料上のレーザスポットを観察す
る光学系と、該レーザスポット像からレーザ光の焦点が
分析個所に合っているか否かの判定を行う回路またはソ
フトと、上記判定の結果をもとに上記試料の焦点合わせ
を行う回路またはソフトとを設けたことを特徴とするレ
ーザ質量分析計。
2. A laser mass spectrometer according to claim 1, wherein an optical system for irradiating the sample with a pulse laser beam for generating sample molecules or ions and a continuous wave laser beam for reference superimposed thereon, An optical system for observing the laser spot on the sample, a circuit or software for determining whether or not the laser light is focused on the analysis location from the laser spot image; and A laser mass spectrometer provided with a focusing circuit or software.
【請求項3】請求項1又は2記載のレーザ質量分析計を
用いて半導体デバイス試料の膜中、膜界面または溝内部
に含まれた異物を分析するに当たり、連続発振レーザ光
の焦点を該異物に合わせた場合の試料位置座標と、連続
発振レーザ光の焦点を試料表面に合わせた場合の試料位
置座標とから、該異物の試料表面からの深さを求めるこ
とを特徴とするレーザ質量分析計。
3. A method for analyzing a foreign substance contained in a film, an interface of a film, or the inside of a groove of a semiconductor device sample using the laser mass spectrometer according to claim 1 or 2, wherein a focus of a continuous wave laser beam is applied to the foreign substance. Determining the depth of the foreign matter from the sample surface from the sample position coordinates when the sample is adjusted to the sample position and the sample position coordinates when the continuous wave laser beam is focused on the sample surface. .
【請求項4】請求項1から3のいずれか1項記載の異物
分析に当たり、パルスレーザ光の照射により異物上の膜
を除去する際、レーザ光を1パルスまたは複数パルス照
射する毎に、請求項2記載の操作により、異物の深さま
でレーザ照射痕が到達したか否かを判定することを特徴
とするレーザ質量分析計。
4. In the foreign substance analysis according to claim 1, when removing a film on the foreign substance by irradiating a pulse laser beam, each time one pulse or a plurality of pulses of the laser beam are irradiated, a request is made. Item 2. A laser mass spectrometer, which determines whether or not a laser irradiation mark has reached the depth of a foreign substance by the operation described in Item 2.
【請求項5】請求項1から3のいずれか1項記載の異物
分析に当たり、パルスレーザ光の照射により異物上の膜
を除去する際、異物上の膜厚が所定値以上の場合は、請
求項3記載の操作により、膜厚が所定値より小さい場合
は、SEMを用いて異物の試料表面からの深さを測定す
ることを特徴とするレーザ質量分析計。
5. A method according to claim 1, wherein when removing the film on the foreign material by irradiating a pulsed laser beam, if the film thickness on the foreign material is equal to or more than a predetermined value, the method is performed. Item 3. A laser mass spectrometer characterized in that when the film thickness is smaller than a predetermined value, the depth of the foreign matter from the sample surface is measured using an SEM.
【請求項6】請求項5記載のSEMはレーザ質量分析計
と同じ真空容器に設けたことを特徴とするレーザ質量分
析計。
6. The laser mass spectrometer according to claim 5, wherein the SEM is provided in the same vacuum vessel as the laser mass spectrometer.
【請求項7】請求項1から3のいずれか1項記載の異物
分析に当たり、レーザパルスあたりの試料表面から削ら
れる深さを、所定の値に保つように、パルスレーザ光の
強度を設定する手段を設けたことを特徴とするレーザ質
量分析計。
7. In the foreign substance analysis according to any one of claims 1 to 3, the intensity of the pulsed laser light is set so that the depth of the laser pulse cut from the sample surface is maintained at a predetermined value. A laser mass spectrometer characterized by comprising means.
【請求項8】請求項7記載の強度設定手段は、光強度を
連続的または段階的に可変にする、減衰フィルタである
ことを特徴とするレーザ質量分析計。
8. A laser mass spectrometer according to claim 7, wherein said intensity setting means is an attenuation filter for changing the light intensity continuously or stepwise.
【請求項9】請求項7記載の強度設定は、レーザパルス
毎に、該レーザ光の強度を段階的に大きくしていき、1
パルスあたり削られる深さが所定値に到達した時点で
の、レーザ光強度を採用するものであることを特徴とす
るレーザ質量分析計。
9. The intensity setting according to claim 7, wherein the intensity of the laser light is increased step by step for each laser pulse.
A laser mass spectrometer characterized by employing laser light intensity at a point in time when a depth cut per pulse reaches a predetermined value.
【請求項10】請求項1記載のレーザ質量分析計におい
て、2台の連続発振レーザと、各々の連続発振レーザの
レーザスポットを観察する2台のカメラを設け、半導体
デバイス試料の膜中または膜界面に含まれた異物を分析
するに当たり、第1の連続発振レーザ光の焦点は異物に
合わせ、第2の連続発振レーザ光の焦点は試料表面に合
わせることを特徴とするレーザ質量分析計。
10. The laser mass spectrometer according to claim 1, further comprising two continuous oscillation lasers and two cameras for observing a laser spot of each of the continuous oscillation lasers, wherein the two lasers are provided in or on a film of a semiconductor device sample. A laser mass spectrometer characterized in that, when analyzing a foreign substance contained in an interface, a first continuous wave laser beam is focused on the foreign substance and a second continuous wave laser beam is focused on a sample surface.
【請求項11】請求項1から3のいずれか1項記載の異
物分析において、連続発振レーザ光の焦点を試料表面ま
たは異物に合わせる操作は、該レーザ光路中のレンズを
移動させて行うことを特徴とするレーザ質量分析計。
11. The foreign matter analysis according to claim 1, wherein the operation of focusing the continuous wave laser beam on the sample surface or the foreign matter is performed by moving a lens in the laser light path. Features laser mass spectrometer.
【請求項12】請求項10の2台の連続発振レーザは互
いに波長または偏向の向きが異なることを特徴とするレ
ーザ質量分析計。
12. A laser mass spectrometer according to claim 10, wherein the two continuous wave lasers have different wavelengths or different directions of polarization.
【請求項13】請求項3記載のレーザ光の焦点が試料表
面または異物に合ったことの判定は、レーザ光の強度、
またはスポット径により行うことを特徴とするレーザ質
量分析計。
13. The method according to claim 3, wherein the focus of the laser light is focused on the surface of the sample or the foreign matter.
Alternatively, a laser mass spectrometer characterized by performing the measurement based on a spot diameter.
【請求項14】上記各請求項記載のレーザ質量分析計を
用いて、あらかじめ異物検査装置などで位置が求められ
た複数個の異物を分析するに当たり、該異物位置座標を
記憶媒体から読み込み、この座標に試料を移動した後、
請求項4の操作に従い、パルスレーザ光により異物上部
の膜を除去し、レーザ照射痕が異物に到達したことを確
認後、質量スペクトルを測定し、測定結果を異物位置座
標と対応させて記録媒体に保存する操作をあらかじめ設
定したシークエンスに従って行うことを特徴とするレー
ザ質量分析計。
14. When a plurality of foreign substances whose positions are determined in advance by a foreign substance inspection device or the like are analyzed using the laser mass spectrometer described in each of the above claims, the foreign substance position coordinates are read from a storage medium. After moving the sample to the coordinates,
The method according to claim 4, wherein the film on the foreign matter is removed by a pulse laser beam, and after confirming that the laser irradiation mark has reached the foreign matter, a mass spectrum is measured, and the measurement result is made to correspond to the foreign matter position coordinates. A laser mass spectrometer characterized in that the operation of storing in a laser mass spectrometer is performed according to a preset sequence.
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