JP2007066789A - Charge prevention device and charge prevention method - Google Patents
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Description
本発明は、電子線ビームを細く絞って試料に照射しつつ平面走査し、放出された2次電子あるいは反射された反射電子を検出して画像を生成する走査型電子顕微鏡のチャージ防止装置およびチャージ防止方法に関するものである。 The present invention relates to a charge prevention device and a charge for a scanning electron microscope that generates a picture by scanning a plane while squeezing an electron beam and irradiating a sample, and detecting emitted secondary electrons or reflected reflected electrons. It relates to a prevention method.
従来、加速した電子線ビームを細く絞って試料に照射しつつ平面走査し、そのときに放出された2次電子や反射された反射電子を検出して画像(2次電子画像、反射電子画像)を生成し、当該画像上でパターンの線幅の測定や異物の検出や欠陥の検出などの検査が行われている。 Conventionally, an accelerated electron beam is narrowed down and scanned while irradiating a sample, and the secondary electrons emitted at that time and reflected backscattered electrons are detected to produce an image (secondary electron image, reflected electron image). Are generated and inspections such as measurement of the line width of the pattern, detection of foreign matter, and detection of defects are performed on the image.
この際、検査対象の試料(例えば半導体を作成するマスク、ウェハなどの試料)がチャージして画像がドリフトして正確に試料上のパターンの測長が困難となる。これを防止するために、試料上の電子線ビームを照射しつつ平面走査している近傍にガスを導入すると同時に紫外線を照射して当該チャージを中和することが行われていた。 At this time, the sample to be inspected (for example, a sample such as a mask or a wafer for forming a semiconductor) is charged and the image drifts, making it difficult to accurately measure the pattern on the sample. In order to prevent this, gas was introduced into the vicinity of the plane scanning while irradiating the electron beam on the sample, and at the same time, ultraviolet rays were irradiated to neutralize the charge.
しかし、上述したように、試料上の電子ビームを照射しつつ平面走査している近傍にガスを導入した状態で、紫外線を照射して当該ガスをイオン化して中和するには、ガスを導入する機構と、紫外線ランプからの光を導入する機構とが必要となってしまい、構造が複雑になってしまうと共に、強度の強い紫外線を試料の近傍に導入し難いという問題があった。 However, as described above, the gas is introduced to neutralize the gas by irradiating with ultraviolet rays while the gas is introduced in the vicinity of the plane scanning while irradiating the electron beam on the sample. And a mechanism for introducing light from an ultraviolet lamp are required, which complicates the structure and makes it difficult to introduce strong ultraviolet light in the vicinity of the sample.
本発明は、これらの問題を解決するため、イオン生成器でガスをイオン化した後に、イオンを含むガスを導入管で試料上の電子線ビームを照射してつつ平面走査する領域に導入するようにしている。 In the present invention, in order to solve these problems, after ionizing a gas with an ion generator, a gas containing ions is introduced into an area where plane scanning is performed while irradiating an electron beam on the sample with an introduction tube. ing.
本発明は、イオン生成器でガスをイオン化した後に、イオンを含むガスを導入管で試料上の電子線ビームを照射してつつ平面走査する領域に導入することにより、電子線ビームによるチャージ(負あるいは正のチャージ)を中和することが可能となる。 In the present invention, after ionizing a gas with an ion generator, the gas containing the ions is introduced into a region to be scanned in a plane while irradiating the electron beam on the sample with an introduction tube, thereby charging (negative) with the electron beam. Alternatively, the positive charge) can be neutralized.
本発明は、イオン生成器でガスをイオン化した後に、イオンを含むガスを導入管で試料上の電子線ビームを照射してつつ平面走査する領域に導入し、電子線ビームによるチャージ(負あるいは正のチャージ)を中和することを実現した。 In the present invention, after ionizing a gas with an ion generator, a gas containing ions is introduced into a region to be scanned in a plane while irradiating an electron beam on a sample with an introduction tube, and charged by the electron beam (negative or positive). ) Was neutralized.
図1は、本発明の1実施例構成図を示す。図1は、SEM(走査型電子顕微鏡)1のコラム(鏡筒)2および試料室8の要部を模式的に記載したものである。 FIG. 1 shows a block diagram of an embodiment of the present invention. FIG. 1 schematically shows a main part of a column (lens barrel) 2 and a sample chamber 8 of an SEM (scanning electron microscope) 1.
図1において、コラム(鏡筒)2は、電子線ビーム3を発生して細く絞り、試料(マスク)9上に照射しつつ平面走査するための各種機能を持たせたものであって、ここでは、電子銃4、対物レンズ5、2次電子検出器6、および反射電子検出器7などから構成されるものである。 In FIG. 1, a column (barrel) 2 generates an electron beam 3 and is narrowed down to have various functions for performing planar scanning while irradiating on a sample (mask) 9. Then, the electron gun 4, the objective lens 5, the secondary electron detector 6, the reflected electron detector 7, and the like are configured.
電子線ビーム3は、電子銃4によって発生され、図示外の集束レンズで集束し、対物レンズ5で細く絞って試料9上に照射しつつ図示外の偏向系で平面走査するものである。 The electron beam 3 is generated by an electron gun 4, converged by a focusing lens (not shown), finely focused by an objective lens 5, and irradiated onto a sample 9 while performing planar scanning with a deflection system (not shown).
電子銃4は、電子線ビーム3を発生させるものである。
対物レンズ5は、電子銃4で発生された電子線ビーム3を図示外の集束レンズで集束した後、細く絞って試料9の上に照射するものである。
The electron gun 4 generates the electron beam 3.
The objective lens 5 focuses the electron beam 3 generated by the electron gun 4 with a focusing lens (not shown) and then squeezes it finely to irradiate the sample 9.
2次電子検出器6は、試料9上に電子線ビームを細く絞った照射したときに放出された2次電子を集束して検出し、いわゆる2次電子像を生成するためのものである。 The secondary electron detector 6 is for focusing and detecting the secondary electrons emitted when the sample 9 is irradiated with a finely focused electron beam, thereby generating a so-called secondary electron image.
反射電子検出器7は、試料9上に電子線ビームを細く絞った照射したときに反射された反射電子を検出し、いわゆる反射電子像を生成するためのものである。 The backscattered electron detector 7 detects a backscattered electron that is reflected when the sample 9 is irradiated with a narrowed electron beam, and generates a so-called backscattered electron image.
試料室8は、試料(マスク)9などを収納する真空の部屋である。
マスク(試料)9は、観察対象の試料であって、例えば半導体のマスクである。
The sample chamber 8 is a vacuum chamber for storing a sample (mask) 9 and the like.
The mask (sample) 9 is a sample to be observed, for example, a semiconductor mask.
排気系10は、試料室8を真空排気するポンプである。
イオン生成器11は、ガスをイオン化するものである(図4参照)。
The exhaust system 10 is a pump that evacuates the sample chamber 8.
The
UV光12は、ここでは、イオン生成器11内のガスにUV光を照射し、当該ガスをイオン化(正イオン、負イオン)にするための励起源(UV光用のランプ)である。
Here, the UV light 12 is an excitation source (a lamp for UV light) for irradiating the gas in the
ガス弁13は、イオン生成器11に供給するガス量(ガス流入量)を適量に調整するものである。
The gas valve 13 adjusts the gas amount (gas inflow amount) supplied to the
イオン抽出器14は、イオン極性制御手段15からの正あるいは負の数十から数百ボルトの直流電圧を印加し、イオン生成器11で生成された正あるいは負のイオンから所望のイオン(正あるいは負のイオン)のみを抽出するものである。抽出した正あるいは負のイオンを含むガスは、ガス導入管16を経由して試料9の観察領域の近傍に噴射する。ここで、電子線ビーム3を試料(マスク)9に照射しつつ平面走査したときに当該試料(マスク)9の部分が電子を逃がさない例えば絶縁性の場合には、入射する電子線ビーム3の量と、2次電子、反射電子、イオンなどの荷電粒子が放出される量との差引が負になるときは当該試料(マスク)9の観察部分が負にチャージし、差引が正になるときは当該試料(マスク)の観察部分が正にチャージすることになると考えられるので、正のイオンあるいは負のイオンを含むガスのいずれかを抽出して試料(マスク)9に吹き付け、チャージを中和するようにしている。
The
ガス導入管16は、イオンを含むガスを、試料9の観察領域の近傍に噴射し、試料9の上のチャージおよびその近傍のチャージを中和させるためのものである。
The
次に、図2のフローチャートの順番に従い、図1の構成の動作を詳細に説明する。
図2は、本発明の動作説明フローチャートを示す。
Next, the operation of the configuration of FIG. 1 will be described in detail according to the order of the flowchart of FIG.
FIG. 2 shows a flowchart for explaining the operation of the present invention.
図2において、S1は、試料(マスク)9をステージにセットする。これは、図1の図示外の予備排気室内で試料(マスク)9を予備排気し、当該予備排気室と試料室8との間の弁を開き、図示外のロボットアームで試料(マスク)9を図示外のステージにセットし、図1の状態にする。 In FIG. 2, in S1, a sample (mask) 9 is set on the stage. This is because the sample (mask) 9 is preliminarily exhausted in a preliminary exhaust chamber (not shown in FIG. 1), a valve between the preliminary exhaust chamber and the sample chamber 8 is opened, and the sample (mask) 9 is opened by a robot arm (not shown). Is set on a stage (not shown) to obtain the state shown in FIG.
S2は、SEM像を観察する。これは、S1で図示の状態に試料(マスク)9をセットした後、電子線ビーム3を細く絞って試料(マスク)9の観察領域に照射しつつ図示外の偏向系で平面走査し、そのときに試料(マスク)9から放出された、ここでは、2次電子を2次電子検出器6で集束、検出、増幅し、図示外の表示装置の画面上に2次電子像(SEM像)を表示し、当該SEM像を観察すると共に、必要に応じてSEM像上のパターンの線幅の測長などの検査を行う。 In S2, an SEM image is observed. This is because, after setting the sample (mask) 9 in the state shown in S1, the electron beam 3 is narrowed down and irradiated on the observation region of the sample (mask) 9, and the surface is scanned by a deflection system not shown in the drawing. Here, secondary electrons emitted from the sample (mask) 9 are focused, detected and amplified by the secondary electron detector 6 here, and a secondary electron image (SEM image) is displayed on the screen of a display device (not shown). Is displayed, and the SEM image is observed, and an inspection such as measurement of the line width of the pattern on the SEM image is performed as necessary.
S3は、像は安定しているか判別する。これは、S2で表示装置上に表示した画像が安定してドリフトなどのチャージによる像移動が生じていないか判別する。YESの場合には、チャージによるドリフトなどが生じていなく正常と判明したので、ここでは、終了する。一方、S3のNOの場合には、チャージによるドリフトなどが発生していていると判明したので、S4でイオン生成器をONにする。これにより、後述する図3のフローチャートに従い、図4のイオン生成器11からイオンを含むガスがガス導入管16から試料(マスク)9の観察領域の近傍に噴射され、試料9の上あるいは近傍のチャージを中和し、チャージによるドリフトなどを無くすことが可能となる。そして、S3を繰り返す。
In S3, it is determined whether the image is stable. This is to determine whether the image displayed on the display device in S2 is stable and no image movement due to charge such as drift occurs. In the case of YES, it is determined that there is no drift due to charging and that it is normal. On the other hand, in the case of NO in S3, since it has been found that drift or the like due to charging has occurred, the ion generator is turned on in S4. As a result, according to the flowchart of FIG. 3 described later, a gas containing ions is injected from the
以上によって、試料(マスク)9をステージにセットし、電子線ビーム3を当該試料に照射しつつ平面走査し、そのときに放出された2次電子(あるいは反射された反射電子)を検出器で検出して画像を表示し、当該画像がドリフトなどしてチャージの発生と判明したときにイオン生成器11をONにし、イオン化したイオンを含むガスをガス導入管16から試料9の観察領域の近傍に吹きつけてチャージを中和し、画像のドリフトなどを防止することが可能となる。
As described above, the sample (mask) 9 is set on the stage, the surface scanning is performed while irradiating the sample with the electron beam 3, and the secondary electrons (or reflected reflected electrons) emitted at that time are detected by the detector. An image is detected and displayed, and when the image is found to drift due to drift or the like, the
図3は、本発明の動作説明フローチャート(イオン生成)を示す。これは、既述した図2のS4のイオン生成器をONにしたときの動作を詳細に説明するものである。 FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation of the present invention (ion generation). This is a detailed description of the operation when the previously described ion generator of S4 in FIG. 2 is turned on.
図3において、S11は、ガスを導入する。これは、図1のガス弁13を開にして所定ガス流量に調整し、イオン生成器11内にガス(例えば右側に記載したように、窒素、酸素、アルゴンなどのガス)を導入する。
In FIG. 3, S11 introduces gas. This is done by opening the gas valve 13 in FIG. 1 to adjust the flow rate to a predetermined gas flow, and introducing a gas (for example, a gas such as nitrogen, oxygen, or argon as described on the right side) into the
S12は、UV光をONする。これは、図1で、イオン生成器11にガスを所定流量で導入した状態で、UV光をON(例えばUV光を放出するランプの電源をON)にし、UV光でイオン生成器11内のガスを励起し、正イオンおよび負イオンを発生させる。
In S12, the UV light is turned on. This is because, in FIG. 1, with the gas introduced into the
S13は、イオン(+−)極性制御手段15をONにする。これは、図1のイオン極性制御手段15をONにし、イオン生成器11で生成された正イオンおよび負イオンのうち、指定された正イオンあるいは負イオンを抽出するための電圧(数十Vから数百Vの直流電圧であって、例えば正イオンを抽出するときは正の電圧をイオン抽出器14(あるいは更にイオン生成器11)に印加して当該イオン抽出器14を形成する抽出電極などで負のイオンを除却して正のイオンを含むガスを、図1のガス導入管16を経由して試料9の観察領域の近傍に吹き付ける。また、イオン抽出器14を形成する中心に穴の空いた抽出電極に負の電圧を印加し、イオン生成器11で生成された正のイオンを加速し、一方、負のイオンは阻止して当該抽出電極を通過した正のイオンを含むガスを、ガス導入管16を経由して試料9の観察領域の近傍に吹き付けるようにしてもよい。
In S13, the ion (+-) polarity control means 15 is turned ON. This is because the ion polarity control means 15 of FIG. 1 is turned ON, and a voltage (from several tens of volts) for extracting a designated positive ion or negative ion out of the positive ions and negative ions generated by the
S14は、像のドリフトは静止したか判別する。これは、試料9あるいは当該試料9の近傍のチャージによる画像のドリフトが、S13で正あるいは負のイオンを含むガスを当該試料9の観察領域の近傍に吹き付けたことで無くなった(静止した)か判別する。像のドリフトは、特定のパターン(あるいは観察中のパターン)が一定時間に所定距離以上移動するか否かで判定する。YESの場合には、画像のドリフトが無くなったので、ここでは、終了する。一方、NOの場合には、S13でイオンを含むガスを試料9の観察領域の近傍に吹き付けても画像のドリフトが止まらなかったので、S15でガス量を増やし(ガス弁13によりガス流入量を所定量増やし(あるいはUV光、高周波パワー(励起源のパワー)を所定量増やし)、S14以降を繰り返し、チャージを中和できる量のガス量(あるいは励起源のUV光、高周波パワーの量)に調整する。尚、ガス量が所定流量(最大ガス量)を越えたとき(あるいはUV光、高周波パターが最大パワーを越えたとき)はチャージ量が大きすぎて中和できないと判明したので、エラーメッセージ(例えば「最大ガス流量を流し(あるいは最大UV光、高周波パワーを供給)してもチャージなどによる画像のドリフトを止めることができません」)を表示し、ガス(あるいはパワー)の供給を停止する。 In step S14, it is determined whether the image drift is stationary. This is because the image drift due to the charge of the sample 9 or the vicinity of the sample 9 is eliminated (stationary) by blowing a gas containing positive or negative ions in the vicinity of the observation region of the sample 9 in S13. Determine. Image drift is determined by whether a specific pattern (or a pattern under observation) moves a predetermined distance or more in a certain time. In the case of YES, since there is no image drift, the process ends here. On the other hand, in the case of NO, since the drift of the image has not stopped even if a gas containing ions is blown in the vicinity of the observation region of the sample 9 in S13, the gas amount is increased in S15 (the gas inflow amount is reduced by the gas valve 13). Increase the predetermined amount (or increase the UV light, high frequency power (excitation source power) by a predetermined amount), repeat S14 and subsequent steps, to the amount of gas that can neutralize the charge (or the UV light of the excitation source, the amount of high frequency power) If the gas amount exceeds the specified flow rate (maximum gas amount) (or if UV light or high-frequency pattern exceeds the maximum power), it was found that the charge amount was too large to neutralize, so an error occurred. Message (for example, “The maximum gas flow (or maximum UV light, high frequency power supplied) cannot stop the image drift due to charging”) Shows, to stop the supply of gas (or power).
以上によって、試料(マスク)9の画像を観察中に、チャージによる画像のドリフトなどが発生したときに(あるいは操作者が手動で指令したときに)、イオン生成器11をONにして所定ガス量を供給してイオン生成器11でイオン化し、必要に応じてイオン極性制御手段15によって抽出した正のイオンあるいは負のイオンを含むガス(イオン極性制御手段15をONとしないときは正のイオンと負のイオンの両者を含むをガス)を、ガス導入管16を経由して試料(マスク)9の観察領域の近傍に吹き付けることにより、チャージを中和し、チャージによる画像のドリフトなどを無くすことが可能となる。
As described above, when the image of the sample (mask) 9 is observed, when an image drift due to charging occurs (or when the operator manually instructs it), the
図4は、本発明のイオン生成器11を示す。図1では、イオン生成器11の励起源として、UV光(UV光を放出するランプ)12を使用したが、ここでは、他の高周波電源(高周波電圧)、共振器(超高周波共振器)を用いる例を、図4の(a)、(b)にそれぞれ示す。他に、軟X線をガスに照射して当該ガスをイオン化(正のイオン、負のイオン)してもよい。
FIG. 4 shows an
図4の(a)は、イオン生成器11の励起源として高周波電源(高周波電圧)を用いる場合の模式図を示す。絶縁体(例えば耐熱性のガラス)21で円筒状に作成し、図では右からガスを図1のガス弁15で流量を調整して供給し、中央で高周波電源(高周波電圧)22でガラスの円筒状の内部のガスを励起して正のイオンおよび負のイオンを生成し、左側のイオン抽出器14にイオン極性制御手段15からの正あるいは負の電圧を印加し、負のイオンあるいは正のイオンを抽出し、当該抽出したイオンを含むガスを左側から、更に図1のガス導入管16を経由して試料9の観察領域の近傍に吹きつけ、試料9およびその近傍のチャージを中和する。
FIG. 4A is a schematic diagram when a high-frequency power source (high-frequency voltage) is used as the excitation source of the
図4の(b)は、イオン生成器11の励起源として共振器(マグネトロンなどの超高周波の共振器)を用いる場合の模式図を示す。
FIG. 4B is a schematic diagram when a resonator (an ultrahigh frequency resonator such as a magnetron) is used as an excitation source of the
図4の(b−1)において、図では右からガスを図1のガス弁15で流量を調整して共振器に供給し、当該共振器で内部のガスを励起して正のイオンおよび負のイオンを生成し、左側のイオン抽出器14にイオン極性制御手段15からの正あるいは負の電圧を印加し、負のイオンあるいは正のイオンを抽出し、当該抽出したイオンを含むガスを左側から、更に図1のガス導入管16を経由して試料9の観察領域の近傍に吹きつけ、試料9およびその近傍のチャージを中和する。
4 (b-1), the gas is supplied from the right to the resonator by adjusting the flow rate with the gas valve 15 in FIG. 1, and the internal gas is excited by the resonator to generate positive ions and negative ions. Ions are generated, a positive or negative voltage from the ion polarity control means 15 is applied to the
図4の(b−2)は、イオン生成器11で生成されたイオンを含むガスをガス導入管15を経由してマスク(試料)9の観察領域の近傍に吹き付ける様子を示す。
(B-2) of FIG. 4 shows a state in which a gas containing ions generated by the
本発明は、イオン生成器でガスをイオン化した後に、イオンを含むガスを導入管で試料上の電子線ビームを照射してつつ平面走査する領域に導入し、電子線ビームによるチャージ(負あるいは正のチャージ)を中和することが可能となる。 In the present invention, after ionizing a gas with an ion generator, a gas containing ions is introduced into a region to be scanned in a plane while irradiating an electron beam on a sample with an introduction tube, and charged by the electron beam (negative or positive). Of charge) can be neutralized.
1:SEM(走査型電子顕微鏡)
2:コラム
3:電子線ビーム
4:電子銃
5:対物レンズ
6:2次電子検出器
7:反射電子検出器
8:試料室
9:試料(マスク)
10:排気系
11:イオン生成器
12:UV光
13:ガス弁
14:イオン抽出器
15:イオン極性制御手段
16:ガス導入管
21:絶縁体
22:高周波電源
31:共振器
1: SEM (scanning electron microscope)
2: Column 3: Electron beam 4: Electron gun 5: Objective lens 6: Secondary electron detector 7: Reflected electron detector 8: Sample chamber 9: Sample (mask)
10: exhaust system 11: ion generator 12: UV light 13: gas valve 14: ion extractor 15: ion polarity control means 16: gas introduction pipe 21: insulator 22: high frequency power supply 31: resonator
Claims (5)
ガスをイオン化するイオン生成器と、
前記イオン生成器で生成されたイオンを含むガスを、試料の電子線ビームを細く絞って照射しつつ平面走査する近傍に吹き付けるガス導入管と
を備えたことを特徴とするチャージ防止装置。 In an anti-charge device for a scanning electron microscope that scans a plane while irradiating a sample with an electron beam narrowly narrowed and detects an emitted secondary electron or reflected reflected electron to generate an image,
An ion generator for ionizing a gas;
A charge preventing apparatus, comprising: a gas introduction pipe that blows a gas containing ions generated by the ion generator in the vicinity of a plane scanning while irradiating the sample with an electron beam of a sample narrowed down.
ガスをイオン化するイオン生成器と、
イオンを含むガスを、試料に吹き付けるガス導入管とを設け、
前記イオン生成器で生成されたイオンを含むガスを、前記ガス導入管によって電子線ビームを細く絞って照射しつつ平面走査する近傍に吹き付けてチャージを中和することを特徴とするチャージ防止方法。 In a method for preventing charge of a scanning electron microscope, which scans a plane while irradiating a sample with a finely focused electron beam, and detects an emitted secondary electron or reflected backscattered electron to generate an image,
An ion generator for ionizing a gas;
A gas introduction pipe for blowing a gas containing ions onto the sample;
A charge prevention method comprising neutralizing a charge by spraying a gas containing ions generated by the ion generator in the vicinity of plane scanning while irradiating and narrowing an electron beam with the gas introduction tube.
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