JP2010272586A - Charged particle beam device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体デバイスなどの形状欠陥や異物に加え、電気特性不良となる欠陥観察、分析等を行う荷電粒子線装置に関する。 The present invention relates to a charged particle beam apparatus that performs defect observation, analysis, and the like, which cause defective electrical characteristics, in addition to shape defects and foreign matters such as semiconductor devices.
半導体デバイスの高集積化及び高性能化に伴い、電子回路パターン加工技術の微細化が進み、新しい製造プロセスや新材料の導入が加速されている。また、短TAT(Turn Around Time)でデバイスの歩留まりを向上させるために、半導体デバイスの製造工程中で発生する形状欠陥や異物に加え、コンタクトホールやプラグの導通不良や配線ショートのような電気特性不良となる欠陥を早期に検知し、プロセス条件の最適化に迅速にフィードバックする技術が重要になってきている。 Along with the high integration and high performance of semiconductor devices, the miniaturization of electronic circuit pattern processing technology has progressed, and the introduction of new manufacturing processes and new materials has been accelerated. Also, in order to improve device yield with short TAT (Turn Around Time), in addition to shape defects and foreign materials that occur during the manufacturing process of semiconductor devices, electrical characteristics such as poor contact holes and plug conduction and short wiring Technology that detects defects that become defects early and provides quick feedback to optimization of process conditions has become important.
この要求に応えるため、電子ビームを用いたSEM式検査装置(欠陥検出)や、レビューSEM装置(欠陥観察、分類)などの荷電粒子線装置がある。 In order to meet this requirement, there are charged particle beam devices such as an SEM type inspection device (defect detection) using an electron beam and a review SEM device (defect observation, classification).
半導体製造過程においてウエーハなどの試料表面は、クロスコンタミネーション防止の為、酸化シリコン膜やシリコン窒化膜などの絶縁物で覆われている事が多い。上記の装置を用いて、電子ビームを試料に照射する場合、アースとの導通が不十分な場合、絶縁膜で覆われているため、電子の蓄積とともにウエーハの表面電位は上昇し、この電位により、フォーカスずれや、像ドリフトを引き起こす。上記の帯電現象は、レジスト塗布時の摩擦によるレジスト分子の分極、およびプラズマを使用したエッチング装置等においても同様に発生する。 In the semiconductor manufacturing process, the surface of a sample such as a wafer is often covered with an insulator such as a silicon oxide film or a silicon nitride film in order to prevent cross contamination. When the sample is irradiated with an electron beam using the above-mentioned device, the surface potential of the wafer rises as the electrons accumulate because the surface is covered with an insulating film if conduction with the earth is insufficient. Cause focus shift and image drift. The above charging phenomenon occurs in the same way also in the polarization of resist molecules due to friction during resist coating, and in an etching apparatus using plasma.
これらの問題の解決方法として、機械的な保持方法を用いる場合、試料外周に基準ピンを2点設け、対向する方向から可動ピンによる押し力によって試料を保持するとともに、試料と可動ピンとの接触力によって、試料表面上の絶縁膜を破壊し、アースと導通のとれた基準ピンと試料を接触させて、絶縁膜上の蓄積電荷を逃がす方法がある。 As a solution to these problems, when using a mechanical holding method, two reference pins are provided on the outer periphery of the sample, the sample is held by the pressing force of the movable pin from the opposite direction, and the contact force between the sample and the movable pin Thus, there is a method in which the insulating film on the surface of the sample is destroyed and the sample is brought into contact with the reference pin which is electrically connected to the ground to release the accumulated charge on the insulating film.
また、試料の表面または裏面から1本の突起部を有するコンタクトピンを試料に挿し、絶縁膜を破壊し、コンタクトピンと試料とを直に電気的に接触させ、試料をアースに接続している。この際、コンタクトピンと試料との接触具合は、コンタクトピンに電圧を印加し、このコンタクピンの抵抗値をモニタしている。このような装置が、特許文献1に開示されている。
Further, a contact pin having one protrusion is inserted into the sample from the front or back surface of the sample, the insulating film is broken, the contact pin and the sample are brought into direct electrical contact, and the sample is connected to the ground. At this time, as for the contact condition between the contact pin and the sample, a voltage is applied to the contact pin, and the resistance value of the contact pin is monitored. Such an apparatus is disclosed in
2本以上のコンタクトピンを試料に挿し、2本以上のピン間に電圧を印加し、この間に流れる電流値を計測し、ある閾値以上で、コンタクトピンと試料とが導通したと判定している例がある。 An example in which two or more contact pins are inserted into a sample, a voltage is applied between the two or more pins, a current value flowing between them is measured, and it is determined that the contact pin and the sample are conductive at a certain threshold value or more. There is.
試料台として、静電チャックを用い、吸着の初期において双極型電極に電圧印加を行い、吸着後、コンタクピンと一方の電極間に電圧を印加することにより、吸着中の電荷の偏りを無くし、高精度な加工を行なう装置が、特許文献2に開示されている。
Using an electrostatic chuck as the sample stage, applying a voltage to the bipolar electrode in the initial stage of adsorption, and applying a voltage between the contact pin and one of the electrodes after adsorption eliminates the bias of charge during adsorption. An apparatus for performing accurate machining is disclosed in
さらに、双極の静電チャックと試料裏面からのコンタクトピンで構成され、双極電極とコンタクトピンとの間に電位を与え、試料表面の絶縁膜上の残留電荷をアースに流す装置が、特許文献3に開示されている。
Furthermore,
しかしながら、上記特許文献1〜3に記載された技術では、下記の問題があった。
However, the techniques described in
コンタクトピンを2本用いる場合、試料上の絶縁膜の破壊によりコンタクトピン1本を用いる場合と比較して、異物混入の可能性が増大し、半導体製造の歩留まり低下率が増大する課題があった。これは、コンタクトピンを3本以上用いる場合は、更に顕著な問題となる。 When two contact pins are used, there is a problem that the possibility of contamination is increased and the yield reduction rate of semiconductor manufacturing is increased compared to the case where one contact pin is used due to the breakdown of the insulating film on the sample. . This becomes a more significant problem when three or more contact pins are used.
また、2本のコンタクトピンが絶縁膜を破壊し、試料にコンタクトしていても、コンタクトピンと試料との接触具合によって、接触抵抗値が変化する。 Even if the two contact pins break the insulating film and are in contact with the sample, the contact resistance value changes depending on the contact condition between the contact pin and the sample.
このため、次式(1)で表される電流Iが変化する。 For this reason, the current I represented by the following formula (1) changes.
I=V/(Ra+Rb+Rc) ・・・(1)
ただし、上記(1)式において、Vは、2本のコンタクトピン間の印加電圧、Raは、一方のコンタクトピンと試料間の接触抵抗値、Rbは試料内抵抗値(絶縁膜抵抗値>>試料抵抗値の場合)、Rcは他方のコンタクトピンと試料間の接触抵抗値である。
I = V / (Ra + Rb + Rc) (1)
In the above formula (1), V is an applied voltage between two contact pins, Ra is a contact resistance value between one contact pin and a sample, and Rb is an in-sample resistance value (insulating film resistance value >> sample) Rc is the contact resistance value between the other contact pin and the sample.
また、試料及び絶縁膜の材質(電気抵抗値等)、形状によっても、通電電流値は変化する。よって、ある閾値との比較から、導通したと判断する場合、種々の試料に対して、判定精度が低下する場合がある。 The energization current value also changes depending on the material (electric resistance value, etc.) and shape of the sample and the insulating film. Therefore, when it is determined that conduction has occurred from a comparison with a certain threshold value, the determination accuracy may be reduced for various samples.
コンタクトが不十分で導通していない状態で電子ビームを照射すると、上記の如く、絶縁膜表面でのチャージングによりフォーカスズレやビームドリフトなどの不良が発生する事がある。 When the electron beam is irradiated in a state where the contact is insufficient and not conductive, defects such as focus shift and beam drift may occur due to charging on the surface of the insulating film as described above.
内部電極、誘電層、金属板で構成される静電チャックにより試料を保持する場合、コンタクトピンにより絶縁膜を完全に破壊し、内部電極と導通している場合、コンタクトピンに流れる電流Iは、定常状態で、コンタクトピンに電流を供給する電源の内部抵抗値を無視して、概略、次式(2)で表される。 When the sample is held by an electrostatic chuck composed of an internal electrode, a dielectric layer, and a metal plate, when the insulating film is completely destroyed by the contact pin and is electrically connected to the internal electrode, the current I flowing through the contact pin is In a steady state, the internal resistance value of the power source that supplies current to the contact pins is ignored, and is roughly expressed by the following equation (2).
I=V/(Ra1+Ra2+Rb+Rc) ・・・(2)
ただし、上記(2)式において、Vは電源によりコンタクトピンと静電チャック内部電極間に印加する電圧、Ra1は内部電極と静電チャック表面までの誘電層間の抵抗値、Ra2は静電チャック上面と試料絶縁膜間との接触抵抗値と絶縁膜の抵抗値、Rbは試料内抵抗値(絶縁膜抵抗値>>試料抵抗値の場合)、Rcはコンタクトピンの接触抵抗値である。
I = V / (Ra1 + Ra2 + Rb + Rc) (2)
In the above equation (2), V is a voltage applied between the contact pin and the electrostatic chuck internal electrode by the power source, Ra1 is a resistance value between the dielectric layers between the internal electrode and the electrostatic chuck surface, and Ra2 is an upper surface of the electrostatic chuck. The contact resistance value between the sample insulating films and the resistance value of the insulating film, Rb is the resistance value in the sample (in the case of the insulating film resistance value >> the sample resistance value), and Rc is the contact resistance value of the contact pin.
上記の如く、接触抵抗値は、接触面の状態、接触面圧力に、また、絶縁膜、試料の抵抗値は、絶縁膜、試料の物性値(電気抵抗値等)、形状(厚み等)等に大きく影響される。 As described above, the contact resistance value is the contact surface state and contact surface pressure, and the insulation film and sample resistance values are the insulation film, sample physical property values (electrical resistance value, etc.), shape (thickness, etc.), etc. It is greatly influenced by.
よって、コンタクトピンの接触状態、試料膜種、膜厚等で通電電流値は大きく変化し、しきい値で導通しているか否かを判定することは信頼性が乏しい。 Therefore, the energization current value varies greatly depending on the contact state of the contact pin, the sample film type, the film thickness, and the like, and it is not reliable to determine whether or not the conduction is made at the threshold value.
本発明の目的は、絶縁膜付き試料のアースとの導通状態を、単一のコンタクトピンを用いる場合でも、正確に判断可能な荷電粒子線装置を実現することである。 An object of the present invention is to realize a charged particle beam apparatus that can accurately determine the state of conduction of a sample with an insulating film to the ground even when a single contact pin is used.
上記の課題を解決するために本発明は次のように構成される。 In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
本発明による荷電粒子線装置は、試料を保持する試料ホルダと、試料ホルダ移動手段と、試料に荷電粒子を集束して照射する加工光学系と、試料と接触し、試料とアースとを導通させるための接触端子と、上記試料ホルダ移動手段及び上記加工光学系の動作を制御する制御部と、上記試料の表面のアースに対する電位を計測する表面電位計とを備える。 The charged particle beam apparatus according to the present invention includes a sample holder that holds a sample, a sample holder moving unit, a processing optical system that focuses and irradiates the sample with charged particles, and a sample that contacts the ground. A control terminal for controlling the operation of the sample holder moving means and the processing optical system, and a surface electrometer for measuring the potential of the surface of the sample with respect to the ground.
上記制御部は、上記試料ホルダ移動手段を移動させて、上記試料を上記表面電位計測計に対して移動させ、上記試料の表面電位の分布を計測し、計測された試料の表面電位分布に基づいて、上記接触端子が上記試料に接触したか否かを判断する。 The control unit moves the sample holder moving means, moves the sample with respect to the surface potential measuring instrument, measures the distribution of the surface potential of the sample, and based on the measured surface potential distribution of the sample Then, it is determined whether or not the contact terminal is in contact with the sample.
本発明により、絶縁膜付き試料のアースとの導通状態を、単一のコンタクトピンを用いる場合でも、正確に判断可能な荷電粒子線装置を実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize a charged particle beam apparatus that can accurately determine the state of conduction between a sample with an insulating film and the ground even when a single contact pin is used.
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の実施例が適用される走査型電子顕微鏡装置(SEM。)の概略構成図である。図1において、床に設置した架台11上には、バネと減衰器で構成されたマウント12がある。このマウント12により、床面の振動が吸収されて試料室13が支持される。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a scanning electron microscope apparatus (SEM) to which an embodiment of the present invention is applied. In FIG. 1, there is a
試料室13には、試料を搬送する搬送ロボット14を含むロードロック室15が接続されている。試料は、図示していないロードポート、ミニエン、大気搬送ロボット等によってFOUP(Front Opening Unified Pod)よりウエーハなどの試料20を大気圧状態にしたロードロック室15に搬入する。
A
この後、ロードロック室15の真空引きを図示していない排気系によって行い、所定の圧力値になったら、図示していないゲートバルブを開き、昇降機構(図示せず)により試料20を試料ホルダ21に搭載する。
Thereafter, evacuation of the
試料ホルダ21は、ステージ22に固定される。ステージ22には、バーミラー23が搭載されており、試料室13に取り付けられている干渉計24との相対距離変化をレーザ光25により計測する事により、試料ホルダ21上の試料20の位置管理を行う。
The
ステージ22の位置は図1には示していない制御部70、ステージ移動機構71により、現在位置と目標位置との偏差が無くなるようにフィードバック位置制御されている。
The position of the
試料室13は、ターボ分子ポンプ、ドライポンプ等で構成される真空排気系30で高真空にまで真空引きされる。また、試料室13には、電子ビーム31を出射するSEMカラム32が搭載されている。カラム32内の電子源33により発生した電子ビーム31は、1次集束レンズ34によって集束され、ビーム31のうちの中心部の電子ビームのみを絞り35により取り出す。更に、電子ビームは、2次集束レンズ36で集束され、対物レンズ19に入射させる。
The
対物レンズコイル27によって発生する磁界は、磁路26によって、磁界密度を高める。この強磁界によって電子ビーム31を集束させて試料20に照射させる。本発明の実施例1では、電子源33には、プローブ電流の安定性に優れたショットキーエミッション電子源を用いている。
The magnetic field generated by the
試料から放出された2次電子等42は、E×B分離器(直交電磁界偏向器)39によって曲げられ、電子検出器38の電界によって集束され、図示していないシンチレータに入射する。2次電子は、シンチレータで光電子に変換し、図示していない光電子倍増菅で電流値を増大させる。この情報は、偏向器37の位置制御情報と共に図示していない画像制御部に伝わり、モニタに画像として映し出される。
The
対物レンズ19は、対物レンズコイル27と、磁路26及び絶縁物28を介して磁路26と接続されたブースター電極29とで構成される。ブースター電極29に正負の任意の電位を与えることによって、2次電子等42の運動を制御する事が可能となり、試料20の表面電位を制御する事が可能である。
The
試料室13には図示していない試料高さを計測するZセンサーがあり、この情報によりSEMの光学条件を変えて、試料20面上で常にフォーカスするように制御している。
The
試料室13には、表面電位計40が搭載されている。試料と表面電位計40の先端部とを数ミリメートル程度まで接近させ、表面電位計40内部の電極と試料との間を静電容量的に結合させる。表面電位計40の内部電極の静電容量結合による変位電流信号を取り出す事により試料の帯電電位を求める。
A surface
上記各機器の動作は、後述する制御部70でコントロールされる。この制御部70は、各種処理作業を行なう処理部(マイクロプロセッサ等)、処理用プログラムや処理結果等を記憶する記録部(HDD、ROM、RAM等)、処理部への命令を入力する入力部(キーボート等)、及び各種処理結果等を表示する表示部(モニタ等)を備えている。そして、上記制御部70は、各種の電源と接続されており、これらの各電源等を処理部を利用して適宜制御している。
The operation of each device is controlled by a
図2は、本発明の実施例による試料表面電位計測の概略断面図である。図2において、コンタクトピン(接触端子)3は、内部電極7、誘電層8及び金属板9に形成された孔内に配置されている。そして、コンタクトピン3と静電チャック10内の内部電極7との間には電源4aによって、電位V1が与えられる。電位V1によって、内部電極7、誘電層8、絶縁膜1、試料2、電源4bを伝わってアースに向かって、電流5が流れる。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of sample surface potential measurement according to an embodiment of the present invention. In FIG. 2, the contact pin (contact terminal) 3 is disposed in a hole formed in the
静電チャック10は、誘電層8内に内部電極7が配置される構造となっている。静電チャック10の表面はシリコンウエーハなどの被吸着物を吸着するため、滑らかな吸着面となっている。静電チャック10と試料20とが接触して発生する異物の数を低減化するため、静電チャック10と試料20との接触率を低減する必要がある。この為、静電チャック10の表面には一般的にはドットが形成されている。
The
誘電層8と絶縁膜1での分極による正負の電荷発生による電気力によって、試料20は吸着される。この場合の内部電極7は、1枚の電極で構成されており、単極電極と呼ばれている。コンタクトピン3は、シリンダ等(図示せず)により駆動され、絶縁膜1を破壊する方向に押し付けられる。コンタクピン3が完全に絶縁膜1を破壊し、コンタクトピン3と試料2とが接触している場合、表面電位は、電源4bで与えられる可変電圧V2とほぼ同一となる。可変電圧V2は、静電チャック10の金属板9にも印加されている。
The
可変電圧V2は、リターデイング電圧と呼ばれており、SEMの場合、負の電圧が印加される事が一般的である。 The variable voltage V2 is called a retarding voltage. In the case of SEM, a negative voltage is generally applied.
試料20に負電圧を印加する事によって、試料20に入射させる電子ビーム31のエネルギーを小さくし、試料20へのダメージ及びチャージングを低減できるとともに、対物レンズ19には高エネルギーで電子ビーム31を入射させる事ができる。したがって、色収差等を小さく出来、分解能が高い良好な像を得る事が可能となる。
By applying a negative voltage to the
例えば、電子源33に、−3kVを印加し、試料20に−2.2kVを印加する。電子ビーム31は、対物レンズ19には、対地に対して3keVで入射するが、試料20には3kVと2.2kVの差分の0.8keVの低ネルギーで入射させる事が出来る。
For example, −3 kV is applied to the
試料20の電子ビーム31に関して上流側、数ミリメートルには表面電位計40を配置しており、試料20の表面電位を計測している。表面電位計40には、昇降機構が付いており、電位計測を行っていない時は、移動する試料ホルダ21との干渉を防止する為、表面電位計40を上昇させて、試料20から遠ざけている。図では、表面電位計40は、試料20に対して上面に配置しているが、コンパクトに出来る場合、試料20の下面に配置する事も可能である。
A surface
図3は、試料20の中心部を通って、試料20の端(周縁部)から端にかけての表面電位を表面電位計40により計測するための構成を示す図である。図3において、制御部70の制御指令により、ステージ移動機構71が、ステージ22を水平方向に移動させることにより、試料20を表面電位計40に対して水平方向に移動させる。そして、試料20の水平方向への移動に伴って表面電位計40により試料20の表面電位が計測される。表面電位計40が計測した表面電位は制御部70に伝達される。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration for measuring the surface potential from the end (peripheral portion) to the end of the
図4は、試料20とコンタクトピン3との導通がある場合と無い場合とについて、複数点の表面電位を表面電位計40にて計測した計測電圧分布を示す。なお、図4は、特徴的な例を示している。
FIG. 4 shows a measured voltage distribution obtained by measuring the surface potential at a plurality of points with the
試料20とコンタクトピン3とが非導通の場合、試料20の表面に観測される電位は、コンタクトピン3と試料20との間にある絶縁膜1の内部抵抗値等によりV2ではない。また、試料面上には不均一な電位分布を有する。
When the
実験結果によると、図4に示すように、V2=−1.2kVにて、非導通状態の場合、絶縁膜1の膜種、厚みによっても値は異なるが、数十Vから数百Vの電位シフトが観察された。また、非導通の場合、ウエーハ半径方向に数十Vから数百Vの不均一性が観察された。
According to the experimental results, as shown in FIG. 4, when V2 = −1.2 kV and in the non-conductive state, the value varies depending on the film type and thickness of the insulating
一方、試料20とコンタクトピン3とが導通していると、電位シフト値は著しく低減し、最大でも数Vから数十V程度の電位シフトがあるのみであり、ウエーハの半径方向の不均一性も非導通と比較して著しく低減した。
On the other hand, when the
このように、試料表面の中止を通る端から端までの電位を計測し、制御部70が、電位シフトを判断する事によって、試料20とコンタクトピン3との導通、非導通を正しく判定する事が可能となる。
In this way, the potential from end to end passing through the surface of the sample is measured, and the
なお、ディスプレイを設け、図4に示した試料20の表面電位を、このディスプレイの表示させることもできる。そして、表面電位シフトが一定値(例えば、シフト電位が40V)を超えるか否かを制御部70が判断して、一定値を超える場合には、アラーム表示することもできる。
In addition, a display can be provided and the surface potential of the
図5は、静電チャック10として、図2に示した単極の内部電極7ではなく、2枚の内部電極7a、7bを有する双極型静電チャック10を用いた場合を示している。2枚の内部電極7a、7bは、コンタクトピン3を間にして、互いに水平方向に対向する2枚の電極であってもよい。また、2枚の内部電極7a、7bは、互いに対向する側が櫛状に形成され、互いの櫛歯が交互に配置され、コンタクトピン3を間にして、互いに水平方向に対向する2枚の電極であってもよい。
FIG. 5 shows a case where a bipolar
電源4bによるリターデイング電圧V2に対して、プラス、マイナスの電圧V1a、V1bを電源4a、4cにより、双極電極7a、7bに印加させる。試料20の上空には、表面電位計40を配置し、上記と同じく試料20の端から端の表面電位を計測する。
Positive and negative voltages V1a and V1b are applied to the
図6は、試料20の保持固定を機械的に行なっている試料ホルダ21を上面より見た概略図である。図6において、試料ホルダ21は、試料20の保持を行なう。試料ホルダ21には、可動ピン48が矢印53の方向に移動出来るように穴部49が形成されている。
FIG. 6 is a schematic view of the
試料ホルダ21の上表面には、3ケ以上の導電性樹脂製の試料支持台46がある。また、試料ホルダ21には、2ケ以上の固定ピン47と1つ以上の可動ピン48がある。固定ピン47は試料20外周面と接し、位置決めが行われ、可動ピン48の移動によって3点で試料20の外周を固定し、最終的な位置決めが行なわれる。
On the upper surface of the
図7は、可動ピン48の移動構造物の概略図を示す図である。この移動構造物は、試料ホルダ21の裏面、つまり、試料が配置される面とは反対側の面に固定されている。移動構造物には、ベローズ51がある。このベローズ51は、周囲が真空になると、ベローズ51内部に封入されたガスの圧力によって長さが長軸方向に伸び、可動ピン48を固定した板49を軸52周りに回転させる。
FIG. 7 is a diagram showing a schematic diagram of a moving structure of the
逆に、ベローズ51の周囲が大気圧になると、ベローズ51の軸方向に縮み、可動ピン48がベローズ51の縮む方向とは反対方向に回転する。板49は、周囲が真空、大気と変化する事で、矢印53の方向に移動(回動)する。
Conversely, when the surroundings of the
上記は、図1に示したような、ロードロック室15に真空搬送ロボット14を搭載した場合ではなく、真空搬送ロボット14の代わりに、試料ホルダ21を試料室13、ロードロック室15の間を移送させる移送ユニットを用いた場合に使用出来る。
The above is not the case where the
つまり、上記の移送ユニットを用い、試料室13にある試料ホルダ21をロードロック室15に移動させる。その後、ロードロック室15を大気開放し、大気搬送ロボット、昇降ピン等でウエーハを試料ホルダ21に搭載する。その後、ロードロック室15を排気系にて真空状態にする。これにより、上記の如く、試料20は試料ホルダ21上の固定ピン47、可動ピン48によって固定される。この状態にて、試料ホルダ21を試料室13に移送し、電子ビーム31を照射し、所定の観察、分析等を行なう。ウエーハを搬出する場合は、逆の操作を行う。このような、ベローズを用いない場合、別の手段で可動ピン48を駆動させる必要がある。
That is, the
図8は、図6の断面を示す図である。図8において、試料ホルダ21には、コンタクトピン3を収納しており、コンタクトピン3の昇降動作によって、絶縁膜1を突き破り、試料2に接触させる。コンタクトピン3と試料2とが接触しているか否かを、試料20上面に配置した表面電位計40によって計測する。
FIG. 8 is a diagram showing a cross section of FIG. In FIG. 8, the
以上のように、本発明の実施例1によれば、試料2の表面電位について、試料2の表面の直径上を端から端まで、電位分布を計測し、計測した電位分布が一定範囲内か否かにより、試料とコンタクトピン(端子)とが導通したか否かを判断している。
As described above, according to Example 1 of the present invention, the surface potential of the
したがって、試料とコンタクトピンとが導通しているか否かを確実に判断することができる。 Therefore, it can be reliably determined whether or not the sample and the contact pin are electrically connected.
つまり、試料の特定部分のみの表面電位を測定し、一定電位範囲内であったとしても、図4に示したように、試料とコンタクトピンとが互いに導通していない場合があるが、本願発明の実施例1のように、試料の表面電位分布を計測し、導通非導通を判断すれば、試料とコンタクトピンとが導通しているか否かを確実に判断することができる。 That is, even when the surface potential of only a specific part of the sample is measured and within a certain potential range, the sample and the contact pin may not be electrically connected to each other as shown in FIG. If the surface potential distribution of the sample is measured and the conduction / non-conduction is determined as in Example 1, it can be reliably determined whether or not the sample and the contact pin are conductive.
そして、絶縁膜付き試料のアースとの導通を確実に行なう事が可能となり、ビーム照射時の像ドリフトやフォーカスずれ等の不具合を防止する事が可能となる。 In addition, it is possible to reliably conduct the sample with the insulating film to the ground, and it is possible to prevent problems such as image drift and focus shift at the time of beam irradiation.
次に、本発明の実施例2について説明する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described.
コンタクトピン3と試料20との電気的導通が十分か否かの判定を行なう手段として、上記に述べたように試料の表面電位を直接計測する以外の方法がある。この方法を以下に述べる。
As means for determining whether or not the electrical continuity between the
本発明の実施例2は、電子ビーム31を試料20に照射した際に、フォーカスする対物レンズ19の通電電流値、または、ブースター電極29の印加電圧、リターデイング電圧V2のシフト分を計測する例である。
Example 2 of the present invention is an example in which when the
コンタクトピン3と試料20とが非導通の場合、試料20への電子ビーム照射により、試料20表面上に残留電荷が発生し、帯電電位が発生する。この為、フォーカスする際の対物レンズ19の通電電流値、フォーカス時のブースター電極29の印加電圧、リターデイング電圧V2がずれる。
When the
図9は、あるSEM光学条件で試験的に試料の帯電電圧とフォーカス時のリターデイング電圧V2との関係を求めた結果を示すグラフである。リターデイング電圧と試料帯電電圧との関係は、図9に示すような関係にあるため、リターデイング電圧のシフト分を計測することにより、試料の帯電電圧を算出することができ、コンタクトピン3と試料20とが接触しているか否かを判断することができる。なお、図示していないが、本発明の実施例2においては、リターデイング電圧V2の測定手段を備え、このリターデイング電圧測定手段により測定されたリターデイング電圧のシフト量が、制御部70により演算される。
FIG. 9 is a graph showing a result obtained by experimentally obtaining the relationship between the charging voltage of the sample and the retarding voltage V2 at the time of focusing under a certain SEM optical condition. Since the relationship between the retarding voltage and the sample charging voltage is as shown in FIG. 9, the charging voltage of the sample can be calculated by measuring the shift amount of the retarding voltage. It can be determined whether or not the
以上のように本発明の実施例2によれば、試料2への電子ビーム照射による、フォーカスする対物レンズ19の通電電流値、ブースター電極29の印加電圧、又はリタンデイング電圧のシフト量を測定し、試料の帯電電圧を算出して、コンタクトピン3と試料2とが導通しているか否かを判断しているので、コンタクトピン3と試料2との導通、非導通を確実に判断することができる。
As described above, according to the second embodiment of the present invention, the energization current value of the
ここで、SEMのフォーカス操作を対物レンズコイルの通電電流値を変化させるのではなく、試料に印加するリターデイング電圧を変化させることで高速にフォーカス動作を行なうことが可能となる。電磁コイルを用いた場合、磁場ヒステリシスを持つ事が知られているが、このヒステリシスを除去するための操作が必要で、この所要時間により高速にフォーカスを行なう事が困難であるためである。 Here, the focus operation of the SEM does not change the energization current value of the objective lens coil, but the focus operation can be performed at high speed by changing the retarding voltage applied to the sample. It is known that when an electromagnetic coil is used, it has a magnetic field hysteresis, but an operation for removing this hysteresis is necessary, and it is difficult to focus at a high speed due to the required time.
フォーカスさせるリターデイング電圧が、試料が帯電していない場合のリターデイング電圧と異なる場合、コンタクトピン3と試料20とが導通していないと判断し、コンタクトピン3の昇降動作を繰り返し、導通を図るようにする。
When the retarding voltage to be focused is different from the retarding voltage when the sample is not charged, it is determined that the
コンタクトピン3と試料20との導通が十分か否かについて判断するために、試料帯電を計測する別の方法として、エネルギーフィルタを用いる方法がある。
In order to determine whether or not the contact between the
本発明の実施例3は、このエネルギーフィルタを用いる例である。
試料20の上流側にある所定の電位を印加したメッシュ(エネルギーフィルタ)を配置する。このメッシュに印加した電位より小さいエネルギーを有する2次電子は、この電界で押し返され電子検出器38に到達する事は出来ない。メッシュに印加する電位を変化させる事で電子検出器38に到達する2次電子量を制御出来る。
A mesh (energy filter) to which a predetermined potential is applied on the upstream side of the
メッシュに印加する電圧を横軸に、電子検出器38で検出する信号量を縦軸とすると、メッシュに印加する電圧をある値より小さくすると、電子検出器38で検出する2次電子量は、急激に低下する。
When the voltage applied to the mesh is taken on the horizontal axis and the signal amount detected by the
図10は、図2に示した例の構成の表面電位計40に代えて、エネルギーフィルタ55を試料20の上流側に追加、配置した例を示す図である。図10において、エネルギーフィルタ55は、可変電圧電源56によって、正負の可変電圧V3を印加する事が可能な構成となっている。エネルギーフィルタ55を通過した2次電子42が電子検出器38により検出される。
FIG. 10 is a diagram showing an example in which an
図11は、試料20が正負に帯電している場合の印加電圧V3と電子検出器38に流れる電流値(入射電子数に比例)の関係を示すグラフである。
FIG. 11 is a graph showing the relationship between the applied voltage V3 and the value of the current flowing through the electron detector 38 (proportional to the number of incident electrons) when the
図11において、試料(ウエーハ)20が正に帯電している場合(破線)、帯電が0である場合(実線)と比較して試料の帯電によって検出器38に入射する電子数は低下し、結果、検出器38に流れる電流値は低下する。
In FIG. 11, when the sample (wafer) 20 is positively charged (broken line), the number of electrons incident on the
一方、試料20が負に帯電している場合(破線)、帯電が0である場合と比較して、電子検出器38に入射する電子数は増大し、電流値は増大する。
On the other hand, when the
試料20が正に帯電している場合、電位=0(帯電していない場合)と同じ電流値を得るには、図11に示すようにΔV3分だけ、エネルギーフィルタ55への印加電圧V3を増大させる必要があり、このドリフト量ΔV3が試料帯電電位に相当する。
When the
上記の方法で、試料20の帯電を知る事が出来るので、ある判定値以上のドリフト量ΔV3がある場合、制御部70は、導通が不十分と判断し、コンタクトピン3の接触を再度行なう。
Since the charging of the
以上のように、本発明の実施例3においても、試料とコンタクトピンとが導通しているか否かを確実に判断することができる。 As described above, also in the third embodiment of the present invention, it can be reliably determined whether or not the sample and the contact pin are electrically connected.
コンタクトピン3の昇降機構について次に述べる。なお、以下に説明するコンタクトピン3の昇降機構については実施例1〜3に共通である。
Next, the raising / lowering mechanism of the
図12は、コンタクトピン3の昇降機構を示す図である。図12において、シリンダ56を用い、コンタクトピン3の昇降を行なう。図12に示したシリンダ56は圧縮空気57で動作するタイプを示している。圧縮空気57の圧力値はレギュレータ58によって調整されている。圧縮空気57は適切なポンプ(図示せず)から供給される。
FIG. 12 is a view showing an elevating mechanism of the
規定回数、コンタクトピン3を昇降させても、試料1とコンタクトピン3とがコンタクトしていない場合、レギュレータ58によって、圧縮空気57の圧力値を上昇させる。レギュレータ58への指令は、走査型電子顕微鏡装置の制御部70によって行なわれる。シリンダ56は、電気駆動タイプを用いても良い。図12に示した例では、試料ホルダ21は、試料20を機械方式で保持する例を示しているが、上述した静電チャック方式とする事も可能である。
If the
図13は、本発明の実施例1〜3における走査型電子顕微鏡装置に設けられた表示装置(図示せず)操作画面60を示す図である。図13において、操作画面60の下表示部分には、ステージコントローラ、イメージコントローラ、マニュアルコントローラ等のコントロール画面61がある。
FIG. 13 is a diagram showing a display device (not shown)
図13に示した例では、ステージコントローラ画面62と、イメージコントロール画面63とを表示させている。イメージコントロール画面63には、SEM像64の倍率、スキャン速度等の情報が表示される設定部65と、ビームの加速電圧、モード等の選択を行う選択画面66とが表示されている。
In the example shown in FIG. 13, a
コンタクトピン3と試料2との接触が不十分(非導通)な場合、アラーム表示画面67が表示される。アラーム表示画面67には、「コンタクト不十分な為、コンタクト動作を繰り返しています。暫く、お待ち下さい。」と表示し、判定回数分のコンタクトピン3の昇降動作を繰り返しても、試料2とのコンタクトが不十分な場合、「コンタクト不良です。コンタクトピンの交換を行なうか、サービスマンに連絡下さい。」というアラーム表示を行なう。
When the contact between the
次に、本発明と異なる例であり、本発明と比較を行なうための比較例について説明する。 Next, a comparative example for comparison with the present invention, which is an example different from the present invention, will be described.
図14は、第1の比較例を示す図である。図14の例のように、コンタクトピン3a、3bの2本を用いる場合、試料2上の絶縁膜1の破壊によりコンタクトピン1本を用いる場合と比較して、異物混入の可能性が増大し、半導体製造の歩留まり低下率が増大する。これは、コンタクトピンを3本以上用いる場合は、更に顕著な問題となる。
FIG. 14 is a diagram illustrating a first comparative example. When two
また、2本のコンタクトピンが絶縁膜を破壊し、試料にコンタクトしていても、コンタクトピンと試料との接触具合によって、接触抵抗値が変化する。 Even if the two contact pins break the insulating film and are in contact with the sample, the contact resistance value changes depending on the contact condition between the contact pin and the sample.
図15は、第2の比較例を示す図である。図15に示す例は、内部電極7、誘電層8、金属板9で構成される静電チャック10により試料2を保持する場合、1本のコンタクトピン3により絶縁膜1を破壊し、内部電極7と導通しようとする場合の例である。
FIG. 15 is a diagram illustrating a second comparative example. In the example shown in FIG. 15, when the
しかし、上記の如く、接触抵抗値は、接触面の状態、接触面圧力に、また、絶縁膜、試料の抵抗値は、絶縁膜、試料の物性値(電気抵抗値等)、形状(厚み等)等に大きく影響される。 However, as described above, the contact resistance value is the contact surface state and the contact surface pressure, and the insulation film and sample resistance values are the insulation film, physical property values (electrical resistance value, etc.) and shape (thickness, etc.) of the sample. ) And so on.
よって、コンタクトピ3ンの接触状態、試料膜種、膜厚等で通電電流値は大きく変化し、しきい値で導通しているか否かを判定することは信頼性が乏しい。
Therefore, the energization current value varies greatly depending on the contact state of the
これに対して、本発明は、表面電位計により、試料の電位分布を測定してコンタクトピンと試料との導通、非導通を判断しているため、正確に導通か否かを判断することができる。また、リターデイング電圧のシフト量、エネルギーフィルタを用いて、2次電子検出器38により検出した2次電子により、コンタクトピンと試料との導通、非導通を判断する場合も、正確に導通か否かを判断することができる。
In contrast, according to the present invention, since the potential distribution of the sample is measured by the surface potentiometer to determine whether the contact pin and the sample are conductive or nonconductive, it is possible to accurately determine whether or not they are conductive. . In addition, whether or not the contact pin and the sample are electrically connected or not determined by the secondary electron detected by the
なお、上述した例は、本発明を走査型電子顕微鏡装置に適用した場合の例であるが、本発明は走査型電子顕微鏡装置のみならず、表面電位計を用いる例は、荷電粒子線装置の試料残留電荷放電装置としても成立する。 In addition, although the example mentioned above is an example at the time of applying this invention to a scanning electron microscope apparatus, this invention is not only a scanning electron microscope apparatus but the example using a surface electrometer is a charged particle beam apparatus. It is also established as a sample residual charge discharge device.
1・・・絶縁膜、 2・・・試料、 3a、3b・・・コンタクトピン、 4a、4b・・・電源、 7、7a、7b・・・内部電極、 8・・・誘電体、 9・・・金属板 、10・・・静電チャック、 11・・・架台、 12・・・マウント、 13・・・試料室、 14・・・真空搬送ロボット、 15・・・ロードロック室、 19・・・対物レンズ、 20・・・試料、 21・・・試料ホルダ、 22・・・ステージ、 23・・・バーミラー、 24・・・干渉計、 25・・・レーザ光、 26・・・磁路、 27・・・対物レンズコイル、 28・・・絶縁物、 29・・・ブースター電極、 30・・・排気系、 31・・・電子ビーム、 32・・・カラム、 33・・・電子源、 34・・・一次集束レンズ、 35・・・絞り、 36・・・二次集束レンズ、 37・・・偏光コイル、 38・・・電子検出器、 39・・・E×B分離器、 40・・・表面電位計、 46・・・試料支持台、 47・・・固定ピン、 48・・・可動ピン、 49・・・穴部、 51・・・ベローズ、 52・・・回転軸、 55・・・エネルギーフィルタ、 56・・・可変電圧電源、 57・・・圧縮空気、 58・・・レギュレータ、 60・・・操作画面、 61・・・コントロール画面、 62・・・ステージコントロール画面、 63・・・イメージコントロール画面、 64・・・SEM像、 65・・・設定部、 66・・・選択画面、 67・・・アラーム画面、 70・・・制御部、 71・・・ステージ移動機構
DESCRIPTION OF
Claims (24)
上記試料の表面のアースに対する電位を計測する表面電位計を備え、
上記制御部は、上記試料ホルダ移動手段を移動させて、上記試料を上記表面電位計測計に対して移動させて、上記試料の表面電位の分布を計測し、計測された試料の表面電位分布に基づいて、上記接触端子が上記試料に接触したか否かを判断することを特徴とする荷電粒子線装置。 A sample holder for holding the sample; a sample holder moving means; a processing optical system for focusing and irradiating the sample with charged particles; a contact terminal for contacting the sample and conducting the sample and ground; and the sample holder In a charged particle beam apparatus having a moving unit and a control unit that controls the operation of the processing optical system,
A surface potentiometer that measures the potential of the surface of the sample with respect to the ground is provided.
The control unit moves the sample holder moving means, moves the sample with respect to the surface potential measuring instrument, measures the distribution of the surface potential of the sample, and determines the surface potential distribution of the measured sample. A charged particle beam device characterized by determining whether or not the contact terminal is in contact with the sample.
上記対物レンズは、対物レンズコイルと、ブースター電極とを有し、上記制御部は、上記対物レンズコイルの電流値のシフト量、ブースター電極への印加電圧のシフト量、又は上記接触端子とアースとの間に印加されるリターデイング電圧のシフト量を算出し、算出したいずれかのシフト量に基づいて、上記試料の表面電位を算出し、算出した試料の表面電位に基づいて、上記接触端子が上記試料に接触したか否かを判断することを特徴とする荷電粒子線装置。 A sample holder for holding the sample, an objective lens for focusing and irradiating the sample with charged particles, a contact terminal for contacting the sample and conducting the sample and the ground, and a control unit for controlling the operation of the objective lens In a charged particle beam device having
The objective lens includes an objective lens coil and a booster electrode, and the control unit includes a shift amount of a current value of the objective lens coil, a shift amount of a voltage applied to the booster electrode, or the contact terminal and ground. The amount of retarding voltage applied during the calculation is calculated, the surface potential of the sample is calculated based on any of the calculated shift amounts, and the contact terminal is calculated based on the calculated surface potential of the sample. It is judged whether it contacted the said sample, The charged particle beam apparatus characterized by the above-mentioned.
上記試料と上記電子検出器との間に配置され、電圧が印加されるエネルギーフィルタを備え、上記制御部は、上記エネルギーフィルタへの印加電圧と上記電子検出器が検出した2次電子数との関係のシフト量から試料の表面電圧を算出し、算出したシフト量に基づいて、上記試料の表面電位を算出し、算出した試料の表面電位に基づいて、上記接触端子が上記試料に接触したか否かを判断することを特徴とする荷電粒子線装置。 A sample holder for holding the sample, a processing optical system for focusing and irradiating the sample with charged particles, an electron detector for detecting secondary electrons emitted from the sample, and contacting the sample and conducting the sample and ground In a charged particle beam apparatus having a contact terminal for controlling and a control unit for controlling the operation of the processing optical system,
An energy filter that is disposed between the sample and the electron detector and is applied with a voltage is provided, and the control unit includes a voltage applied to the energy filter and a number of secondary electrons detected by the electron detector. The surface voltage of the sample is calculated from the shift amount of the relationship, the surface potential of the sample is calculated based on the calculated shift amount, and whether the contact terminal contacts the sample based on the calculated surface potential of the sample A charged particle beam device characterized by determining whether or not.
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