JP2006339051A - Electrically charged particle application apparatus - Google Patents
Electrically charged particle application apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006339051A JP2006339051A JP2005163366A JP2005163366A JP2006339051A JP 2006339051 A JP2006339051 A JP 2006339051A JP 2005163366 A JP2005163366 A JP 2005163366A JP 2005163366 A JP2005163366 A JP 2005163366A JP 2006339051 A JP2006339051 A JP 2006339051A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- charged particle
- sample
- gas
- radical
- electrically charged
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Electron Beam Exposure (AREA)
Abstract
Description
本発明は、対象物に荷電粒子を照射して対象物の分析あるいはその表面へのパターンの描画を行う荷電粒子応用装置に関し、特に対象物表面でのチャージアップを防止する技術に関するものである。 The present invention relates to a charged particle application apparatus that irradiates an object with charged particles and analyzes the object or draws a pattern on the surface thereof, and particularly relates to a technique for preventing charge-up on the surface of the object.
荷電粒子応用装置の一つである走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)を図4に示す。一般に走査型電子顕微鏡は、電子銃1から出射した電子ビーム(荷電粒子)2を集束レンズ3で集束し、偏向板4で偏向し、対物レンズ5によって、真空チャンバ6内に設置された半導体ウエハや半導体チップ等のサンプル7上に結像し、サンプル7より放出される2次電子8を2次電子検出器9で検出するように構成されており、サンプル7上を電子ビーム2で走査した際に検出される2次電子8に基づいて、図示しない装置で画像処理し、サンプル表面の凹凸パターンを画面上に表示する。10は真空チャンバ6内を所定の真空度となるように排気する真空ポンプ、11はサンプル台である。
FIG. 4 shows a scanning electron microscope (SEM) which is one of charged particle application apparatuses. In general, in a scanning electron microscope, an electron beam (charged particle) 2 emitted from an electron gun 1 is focused by a focusing lens 3, deflected by a deflecting plate 4, and a semiconductor wafer placed in a
ところが従来の走査型電子顕微鏡では、例えばSiウエハ上に形成した絶縁膜の形状を観察する場合などに、電子銃1によって照射された電子が基板側に流れ込まず、絶縁膜の表面が帯電(チャージ)してしまい、2次電子像が見えなくなることがある。これを避けるために、サンプル表面にAuやCu等の導電材料を薄く(10nm程度)蒸着して観察する方法が古くから用いられているが、半導体集積回路素子の形成に本来は必要でないAu、Cu等の蒸着工程を要することになり、拡散中の製品を観察するインライン観察ができない。 However, in the conventional scanning electron microscope, for example, when observing the shape of the insulating film formed on the Si wafer, the electrons irradiated by the electron gun 1 do not flow into the substrate side, and the surface of the insulating film is charged (charged). The secondary electron image may become invisible. In order to avoid this, a method of depositing and observing a conductive material such as Au or Cu thinly (about 10 nm) on the sample surface has been used for a long time, but Au, which is not originally necessary for forming a semiconductor integrated circuit element, An evaporation process of Cu or the like is required, and in-line observation for observing the product being diffused is not possible.
また走査型電子顕微鏡をはじめとする荷電粒子応用装置では、基板表面の例えばフォトレジストなどの絶縁物の領域に入射電荷が蓄積され、絶縁物に高電界が発生し、基板上に既に形成されている電子回路が破壊されることがある。 In charged particle application equipment such as a scanning electron microscope, incident charges are accumulated in an insulating region such as a photoresist on the surface of the substrate, and a high electric field is generated in the insulating material. The electronic circuit may be destroyed.
そこで、図5に示した走査型電子顕微鏡などにおいて、プラズマ発生装置12で発生させたプラズマ13を、荷電粒子が照射されるサンプル表面に接触するように導入することにより、入射電荷をサンプル表面で中和し、蓄積を防止することが提案されている(特許文献1)。
しかしながら、上記したようにプラズマを導入する方式では、荷電粒子を照射する部位での電荷の蓄積、帯電は避けられるものの、それ以外の部位にプラズマが拡散してサンプル(対象物)に電気的ダメージ(つまり非照射部位への電荷蓄積、帯電)を与える他、真空チャンバの内壁への物理的ダメージ(ラジカルによるスパッタ等)、それによる重金属などの汚染も懸念される。 However, in the method of introducing plasma as described above, charge accumulation and charging at the site where charged particles are irradiated can be avoided, but plasma diffuses to other sites and causes electrical damage to the sample (object). In addition to giving charge accumulation (charging to non-irradiated sites), physical damage to the inner wall of the vacuum chamber (sputtering by radicals, etc.), and contamination by heavy metals, etc. are also a concern.
本発明は、上記問題に鑑み、対象物表面での電荷の蓄積、帯電を荷電粒子の照射部位、非照射部位に関わらず防止することができ、真空チャンバの物理的ダメージも防止できる荷電粒子応用装置を提供することを目的とするものである。 In view of the above problems, the present invention can prevent charge accumulation and charging on the surface of an object regardless of whether the charged particle is irradiated or non-irradiated, and can also prevent physical damage in a vacuum chamber. The object is to provide an apparatus.
上記課題を解決するために本発明は、真空チャンバ内に設置した対象物に荷電粒子を照射して対象物の分析あるいは対象物表面へのパターンの描画を行う荷電粒子応用装置において、前記対象物の荷電粒子照射面に接触するラジカルを前記対象物の近傍で発生させるラジカル発生手段を設けたことを特徴とする。これによれば、対象物の荷電粒子照射面上の電荷をラジカルによって速やかに中和することができ、荷電粒子の照射部位、非照射部位に関わらず電荷の蓄積、帯電を防止できる。一方でラジカルは対象物の近傍で発生するが、ラジカルとして存在できる時間が短く、真空チャンバの側壁まで到達することができないため、ラジカルによる真空チャンバの物理的ダメージも防止できる。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a charged particle application apparatus for performing analysis of an object or drawing a pattern on the surface of an object by irradiating the object placed in a vacuum chamber with charged particles. A radical generating means for generating radicals in contact with the charged particle irradiation surface in the vicinity of the object is provided. According to this, the charge on the charged particle irradiation surface of the target can be quickly neutralized by radicals, and charge accumulation and charging can be prevented regardless of whether the charged particle is irradiated or not. On the other hand, radicals are generated in the vicinity of the object, but since the time in which they can exist as radicals is short and the side walls of the vacuum chamber cannot be reached, physical damage to the vacuum chamber due to radicals can also be prevented.
ラジカル発生手段は、対象物の荷電粒子照射面に接触するようにガスを供給するガス供給手段と、前記対象物の荷電粒子照射面に紫外線を照射するUV照射装置とで構成することができる。荷電粒子照射面に供給したガスをその荷電粒子照射面でラジカル化して中和に使用することになる。 The radical generating means can be composed of a gas supply means for supplying a gas so as to come into contact with the charged particle irradiation surface of the object and a UV irradiation apparatus for irradiating the charged particle irradiation surface of the object with ultraviolet rays. The gas supplied to the charged particle irradiation surface is radicalized on the charged particle irradiation surface and used for neutralization.
ガスが酸素とオゾンとの内の一方、あるいは双方の混合物であり、UV照射装置が波長185nmおよび254nmの紫外線を照射するのが好ましい。これにより発生する酸素ラジカルは反応性が高いからである。 The gas is preferably one of oxygen and ozone, or a mixture of both, and the UV irradiation device irradiates ultraviolet rays having wavelengths of 185 nm and 254 nm. This is because the oxygen radicals generated thereby are highly reactive.
本発明の荷電粒子応用装置は、対象物の荷電粒子照射面上の電荷をラジカルによって速やかに中和できるので、荷電粒子の照射部位、非照射部位に関わらず電荷の蓄積、帯電を防止することができ、前記ラジカルによる真空チャンバの物理的ダメージ、それによる重金属などの汚染も防止できる。 The charged particle application apparatus of the present invention can quickly neutralize the charge on the charged particle irradiation surface of the target object with radicals, thereby preventing charge accumulation and charging regardless of whether the charged particle is irradiated or not. It is possible to prevent physical damage to the vacuum chamber due to the radicals, and contamination of heavy metals and the like.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は本発明の第1実施形態における荷電粒子応用装置である、走査型電子顕微鏡の構成を示す断面図である。先に図4を用いて説明した従来のものと同様の作用を有する部材には図4と同じ符号を付す。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of a scanning electron microscope, which is a charged particle application apparatus according to the first embodiment of the present invention. Members having the same functions as those of the prior art described above with reference to FIG. 4 are denoted by the same reference numerals as those in FIG.
図1に示す走査型電子顕微鏡は、半導体ウエハや半導体チップ等のサンプル7が設置される真空チャンバ6と電子銃1との間に、電子銃1から出射された電子ビーム(荷電粒子)2を集束する集束レンズ3と、前記電子ビーム2を偏向する偏向板4と、前記電子ビーム2をサンプル7上に結像する対物レンズ5とを配置し、真空チャンバ6内に、サンプル7を載置するためのサンプル台11と、サンプル7より放出される2次電子8を検出する2次電子検出器9とを配置し、真空チャンバ6外に、槽内を所定の真空度となるように排気する真空ポンプ10を設けている。
1 scans an electron beam (charged particle) 2 emitted from an electron gun 1 between a
この走査型電子顕微鏡が従来のものと相違するのは、真空チャンバ6に、ガス供給源14に接続されてサンプル7表面に接触するようにガス15を導入するガス導入口16と、サンプル7表面に紫外線17を照射するUV照射装置18とを配置して、サンプル7表面に接触するラジカル19をサンプル7表面の近傍で発生できるようにした点である。ガス15としてはオゾンなどの反応性ガス、具体的には酸素とオゾンとの混合ガス、酸素ガスとオゾンガスとの内の一方を好適に使用できる。
This scanning electron microscope differs from the conventional one in that a
走査型電子顕微鏡によってサンプル7表面を観察する際の動作を説明する。
真空チャンバ6内を真空ポンプ10によって所定の真空度、たとえば0.1〜30Pa程度となるように排気し、排気完了後にサンプル7を図示しない搬入機構によりサンプル台13上に設置する。
The operation when observing the surface of the
The inside of the
次に、ガス供給源14よりガス導入口16を通じてガス15をサンプル7表面に均等に分布するように供給しつつ、槽内の真空度を真空ポンプ10により0.1〜30Pa程度に調節する。次に、UV照射装置18を点灯して波長185nmおよび254nmの紫外線17をサンプル7表面に照射する。
Next, while the
このことにより、ガス15中の酸素に紫外線185nmが吸収されてオゾンが発生する一方で、オゾンに紫外線254nmが吸収されて酸素ラジカル19が生成する。なおこの光励起反応がサンプル7表面で起こるようにガス導入口16、UV照射装置18を配置しておく必要がある。ここではガス導入口16はサンプル7表面に沿う方向のガス流れを作るようにサンプル台13の側方に開口し、UV照射装置18はサンプル台13の斜め上方に複数個配置している。UV照射装置18は、紫外線をサンプル7の全面に照射する配置でもよいし、局所的に、特に観察部分のみに照射する配置でもよい。
As a result, the ultraviolet rays 185 nm are absorbed by oxygen in the
この状態で、電子銃1より電子ビーム(荷電粒子)2を出射して、偏向板4、対物レンズ5を通してサンプル7上を走査し、サンプル7より放出される2次電子8を2次電子検出器9で検出し、図示しない装置で画像処理して、サンプル7上に所定パターンで形成されたシリコン酸化膜などの絶縁膜の表面の凹凸パターンの画像を画面上に表示させる。
In this state, an electron beam (charged particle) 2 is emitted from the electron gun 1 and scanned on the
その際に、上記したように励起されサンプル7表面に接触している酸素ラジカル19(励起状態の酸素原子)が、サンプル7表面に入射した荷電粒子を吸着して電荷を中和するため、サンプル7表面での電荷の蓄積、帯電が回避されることとなる。その結果、サンプル7表面の凹凸パターンの画像が鮮明に表示される。上述した従来装置で発生していた電荷蓄積による不都合、たとえば、電荷による電界が基板側に集中し、その強度によってはサンプル7表面の絶縁膜が破壊することなどは防ぐことができる。
At that time, the oxygen radicals 19 (excited oxygen atoms) excited as described above and in contact with the surface of the
なおこの実施形態では、ガス導入口16を通じて常にガス15を導入し、UV照射装置18によって常にサンプル7表面を照射しているように表現したが、この処理は一定間隔(たとえば常時ガス導入、紫外線間欠照射)でもよいし、観察終了後だけでもよい。
In this embodiment, the
UV照射装置18は、図2に示すように、互いに異なる波長の紫外線を発生する2種類のUVランプ18a,18bを組み合わせて、一方のUVランプ18aで紫外線185nmを発光し、もう一方のUVランプ18bで紫外線254nmを発光するのが都合よい。2種類のUVランプ18a,18bは図示したように複数個ずつ用いて交互に配列してもよいし、1個ずつであってもよい。また、それぞれの波長毎に独立したUV照射装置として構成して並べてもよいし、石英製低圧水銀ランプなどのように両波長を同時に発生可能なランプを用いてもよい。
As shown in FIG. 2, the
図3は本発明の第2実施形態における荷電粒子応用装置である、収束イオンビーム描画装置の構成を示す断面図である。
この収束イオンビーム描画装置が上記した走査型電子顕微鏡と相違するのは、電子銃1,2次電子検出器9に代えてイオン源20、たとえばガリウムイオン源が設置されていて、このイオン源20から放射し、加速電極(図示せず)によって加速したイオンビーム21をサンプル7上に入射させて、シリコン酸化膜などの絶縁膜上に微細なパターンを描画する点である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of a focused ion beam drawing apparatus which is a charged particle application apparatus according to the second embodiment of the present invention.
This focused ion beam drawing apparatus is different from the above-described scanning electron microscope in that an
この収束イオンビーム描画装置でも、ガス供給源14,ガス導入口16より供給するガス15とUV照射装置18より照射する紫外線17とによって、サンプル7表面でラジカルを発生させることにより、イオンビーム21にて入射した荷電粒子をサンプル7表面で中和できるので、極微細なパターンを精度良く描画することができる。従来装置では、絶縁膜表面が帯電することにより、その電界の影響をイオンビームが受けることとなり、微細なパターンを精度良く作成するのが困難であったのに較べて優れるものである。
Also in this focused ion beam drawing apparatus, radicals are generated on the surface of the
この収束イオンビーム描画装置でも、ガス15の導入および紫外線17の照射を常時行ってもよいし、一定間隔あるいは観察終了後だけ行ってもよい。
なお上記した各実施形態では、表面絶縁物がシリコン酸化膜である場合について示したが、通常良く用いられているシリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、高融点金属酸化膜、フォトレジスト等の感光性有機高分子膜であっても、同様に処理して同様の効果を得ることができる。
Also in this focused ion beam drawing apparatus, the introduction of the
In each of the above-described embodiments, the case where the surface insulator is a silicon oxide film has been described. However, a photosensitivity such as a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, a refractory metal oxide film, a photoresist, or the like that is commonly used is used. Even if it is an organic polymer film | membrane, it can process similarly and can acquire the same effect.
また、走査型電子顕微鏡を荷電粒子応用分析装置の一例として挙げ、収束イオンビーム描画装置を荷電粒子応用描画装置の一例として挙げて説明したが、これらに限定されない。荷電粒子応用分析装置は、透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)、オージェ電子分光装置(AES:Auger Electron Spectroscopy)、2次イオン質量分析機(SIMS:Secondary Ion Mass Spectroscopy)等の、電子等の荷電粒子を用いて表面を分析する装置であってもよく、また荷電粒子応用描画装置は電子ビーム描画装置であってもよく、いずれも、上述したのと同様の作用、効果を奏する。 Moreover, although the scanning electron microscope has been described as an example of a charged particle applied analyzer and the focused ion beam drawing apparatus is described as an example of a charged particle applied drawing apparatus, the invention is not limited thereto. Charged particle application analyzers include transmission electron microscope (TEM), Auger Electron Spectroscopy (AES), secondary ion mass spectrometer (SIMS), etc. The charged particle application drawing apparatus may be an electron beam drawing apparatus, and both have the same operations and effects as described above.
さらに本発明の装置構造を応用して、電子銃1やイオン源20からの荷電粒子が原因となってサンプル表面に付着する有機系コンタミネーションの除去も可能である。これは、UVによって有機化合物の結合が切断されることを利用するもので、UV照射面の有機化合物はC,H,O,Nラジカルなどのフリーラジカルや、C,H,O,Nを含んだ励起状態の分子に変化するが、励起状態の酸素原子(Oラジカル)は強力な酸化力を持つため、他のフリーラジカルや励起状態の分子と反応して揮発除去してしまう。このためには真空チャンバ6への導入ガスがオゾンや酸素であるのが有利であるが、他のガス、他の波長でラジカルを発生させて荷電粒子の中和に用いることは可能である。
Furthermore, by applying the apparatus structure of the present invention, it is possible to remove organic contamination adhering to the sample surface due to charged particles from the electron gun 1 or the
本発明の荷電粒子応用装置は、半導体ウエハや半導体チップ等の分析、加工に有用である。 The charged particle application apparatus of the present invention is useful for analysis and processing of semiconductor wafers and semiconductor chips.
1 電子銃
2 電子ビーム
6 真空チャンバ
7 サンプル
8 2次電子
9 2次電子検出器
14 ガス供給源
15 ガス
16 ガス導入口
17 紫外線
18 UV照射装置
19 ラジカル
20 イオン源
21 イオンビーム
1
14 Gas supply source
15 gas
16 Gas inlet
17 UV
18 UV irradiation equipment
19 radical
20 Ion source
21 Ion beam
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005163366A JP2006339051A (en) | 2005-06-03 | 2005-06-03 | Electrically charged particle application apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005163366A JP2006339051A (en) | 2005-06-03 | 2005-06-03 | Electrically charged particle application apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006339051A true JP2006339051A (en) | 2006-12-14 |
Family
ID=37559431
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005163366A Pending JP2006339051A (en) | 2005-06-03 | 2005-06-03 | Electrically charged particle application apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006339051A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010038534A1 (en) * | 2008-09-30 | 2010-04-08 | 株式会社 日立ハイテクノロジーズ | Electron microscope |
-
2005
- 2005-06-03 JP JP2005163366A patent/JP2006339051A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010038534A1 (en) * | 2008-09-30 | 2010-04-08 | 株式会社 日立ハイテクノロジーズ | Electron microscope |
JP2010086691A (en) * | 2008-09-30 | 2010-04-15 | Hitachi High-Technologies Corp | Electron microscope |
US8426811B2 (en) | 2008-09-30 | 2013-04-23 | Hitachi High-Technologies Corporation | Electron microscope |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5523651B2 (en) | Local plasma treatment | |
JP5536041B2 (en) | Method for detecting arcing phenomenon during wafer plasma processing by monitoring trace gas concentration, and plasma processing apparatus | |
US6105589A (en) | Oxidative cleaning method and apparatus for electron microscopes using an air plasma as an oxygen radical source | |
JP4801903B2 (en) | Method and apparatus for endpoint detection in etching using an electron beam | |
JP5758577B2 (en) | High pressure charged particle beam system | |
US6761796B2 (en) | Method and apparatus for micro-jet enabled, low-energy ion generation transport in plasma processing | |
TWI485742B (en) | Charged particle beam device and semiconductor device manufacturing method using the same | |
US8507879B2 (en) | Oxidative cleaning method and apparatus for electron microscopes using UV excitation in an oxygen radical source | |
JP2007501535A (en) | Plasma device, gas distribution assembly for plasma device, and processing method using them | |
US20070284541A1 (en) | Oxidative cleaning method and apparatus for electron microscopes using UV excitation in a oxygen radical source | |
JP2010245043A (en) | Pre-aligned nozzle/skimmer | |
JP2007149449A (en) | Device and method for preventing charged contamination | |
JPH10149788A (en) | Manufacture and treatment of semi-conductor device, helicon wave plasma ion source, and focus ton beam device | |
KR100690144B1 (en) | Gas analyzer using plasma | |
JP2005174591A (en) | Charged particle beam device and charged particle beam image generation method | |
KR100835630B1 (en) | Plasma processing device and ashing method | |
US20100006756A1 (en) | Charged particle beam apparatus and method for generating charged particle beam image | |
JP2006339051A (en) | Electrically charged particle application apparatus | |
EP3096343B1 (en) | Method of imaging a sample with charged particle beam using an imaging gas | |
US11830705B2 (en) | Plasma flood gun for charged particle apparatus | |
JP4283835B2 (en) | Charged particle beam apparatus and device manufacturing method using the apparatus | |
JP3294242B2 (en) | Charged beam irradiation method | |
JPH0745227A (en) | Charged-particle-applying analyzer and charged-particle-applying plotter | |
JPH11126811A (en) | Impurity measuring method and device | |
JP3847639B2 (en) | Electron beam apparatus and device manufacturing method using the apparatus |