JP4067640B2 - Charged particle source, charged particle beam apparatus, defect analysis method, and semiconductor device manufacturing method - Google Patents

Charged particle source, charged particle beam apparatus, defect analysis method, and semiconductor device manufacturing method Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば半導体製造ラインにおける不良解析に用いる微細な部分を加工、観察するための荷電粒子ビームを発生させる荷電粒子源および荷電粒子ビーム装置並びに不良解析方法および半導体デバイスの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスの製造においては、2〜3年ごとに新しいデバイス開発を進める必要があり、いかにして開発期間の歩留りを上げて早く量産ラインを立ち上げることが課題となっている。そして、ラインのクリーン度が進んだ現在では歩留りを下げる原因のほとんどが装置にまつわる異物であるといわれている。このため、早期に異物を発見してプロセスにフィードバックかけることが不良を押さえる鍵になっている。
具体的には特開平8−313460号公報に検査による異物発見後に、異物がライン内のどこの工程で発生したのかを走査型電子顕微鏡装置(SEM=Scanning Electron Microscopy)+エネルギー分散形X線分析装置(EDX=Energy Dispersive X-ray spectroscopy)や集束イオンビーム装置(FIB=Focused Ion Beam)+飛行時間形質量分析装置(TOF−SIMS=Time-Of-Flight Secondary Ion Mass Spectroscopy)により分析する手法が示されている。
【0003】
このFIB装置においては従来イオン源としてガリウムなどの液体金属イオン源(LMIS=Liquitd Metal Ion Source)が広く利用されてきた。このLMISを用いたFIB装置ではイオンソース径が0.1μm以下であるため、イオン光学系レンズにより容易に0.1μm以下にビームを集束することができるので高精度に微細加工、観察できることが特徴となっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来のFIB装置ではイオン源としてLMISを用いており、先端のとがった針先に液体金属を供給して電界をかけることによりその金属をイオン化して先端からイオンを引き出す方式のイオン源であり、先端に形成される液体の円錐の先端径が0.1μm以下であるためにイオン光学系により0.1μm以下に集束することができる。しかし、イオン化するために先端に高電界を印加しなければならないために、引き出すイオンの量、すなわちイオンビーム電流を連続的に調整することが難しい。そこで、LMISを用いたFIB装置ではイオン源自体でイオンビーム電流を調整せず、イオン光学系に組み込まれたビーム制限アパーチャの径を変えることによりイオンビーム電流を調整していた。この場合、必要に応じた数種類の異なった径のアパーチャを交換できる機構を設けなければならず、ビーム電流を連続的に変えることはできなかった。また、大きなビーム電流を得るために大きなアパーチャを用いると実効的にイオンソース径が大きくなるために微細にビームを絞ることができなかった。また、常にアパーチャがビームによりスパッタリングされたり、アパーチャ交換にともなう異物の発生などが起こる可能性があり、異物の発生箇所を特定しにくくなるという問題もあった。
以上のような背景から、不純物、異物を発生せずにビーム電流制御が可能なFIB装置が望まれていた。
【0005】
本発明の目的は、アパーチャを用いずにビーム電流を連続的に変更でき、不純物、異物を発生しない荷電粒子源および荷電粒子ビーム装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、異物等の欠陥を発生させている製造工程を特定できるようにして、早期に欠陥の発生要因を減少または取り除くことによって半導体デバイス等の高歩留まりと品質向上を図るようにした不良解析方法および半導体デバイスの製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、マイクロ波を共振させる半同軸共振器と、該半同軸共振器の半同軸部分に対向する空洞部分に設置され、プラズマ化するガスが導入されるプラズマチャンバと、該プラズマチャンバ内に前記半同軸共振器によって共振されたマイクロ波電力を導入するマイクロ波電力導入窓と、前記プラズマチャンバ内に高周波電力を導入する高周波アンテナと、前記プラズマチャンバ内でプラズマ化された荷電粒子を引き出す引き出し電極とを備えたことを特徴とする荷電粒子源である。即ち、本発明は、ガスをプラズマ化して、そのプラズマ中のイオンまたは電子を引き出して荷電粒子源とするプラズマ荷電粒子源において、ガスをプラズマ化する直流や交流電力を変化させることにより無段階でビーム電流を調整することができるようにしたものである。プラズマ荷電粒子源では、プラズマの密度とイオンまたは電子ビーム電流とは比例しており、電力を増加することでプラズマに電力が供給されてプラズマ密度が増加し、その結果、イオンビーム電流または電子ビーム電流が増加することになる。
【0007】
また、本発明は、前記荷電粒子源において、前記高周波アンテナを前記プラズマチャンバに対向するように半同軸部分に設けたことを特徴とする。
また、本発明は、前記荷電粒子源において、前記高周波アンテナに供給する高周波電力を制御する高周波電力制御手段を備えたことを特徴とする。
【0008】
また、本発明は、前記荷電粒子源において、更に、前記プラズマチャンバ内でプラズマ化されたプラズマ内を電磁波が電子サイクロトロン共鳴ECR(Electron Cyclotron Resonance)ポイントまで伝搬できるように前記プラズマチャンバ内の周囲にカスプ磁場を形成するカスプ磁場発生手段を備えたことを特徴とする。
【0009】
また、本発明は、前記荷電粒子源において、更に、前記高周波アンテナによって発生した高周波の電磁波が、前記プラズマチャンバ内でプラズマ化されたプラズマ中を伝搬できるような磁力線を発生させる磁力線発生手段を備えたことを特徴とする。
【0010】
また、本発明は、前記荷電粒子源における半同軸共振器において、半同軸部分を軸方向に可動に構成したことを特徴とする。
また、本発明は、前記荷電粒子源における半同軸共振器において、該共振器内のマイクロ波の共振状態を調整する整合器を備えたことを特徴とする。
また、本発明は、前記荷電粒子源において、前記プラズマチャンバ内に導入されるガスとして、不活性ガスや窒素ガスの何れかのガス種であることを特徴とする。
【0011】
また、本発明は、マイクロ波を共振させる半同軸共振器と該半同軸共振器の半同軸部分に対向する空洞部分に設置され、プラズマ化するガスが導入されるプラズマチャンバと該プラズマチャンバ内に前記半同軸共振器によって共振されたマイクロ波電力を導入するマイクロ波電力導入窓と前記プラズマチャンバ内に高周波電力を導入する高周波アンテナと前記プラズマチャンバ内でプラズマ化された荷電粒子を引き出す引き出し電極とを備えた荷電粒子源と、該荷電粒子源の引き出し電極から引き出された荷電粒子ビームを集束、偏向させて対象物に照射する光学系と、前記対象物から発生した2次荷電粒子を検出する2次荷電粒子検出器とを設けたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置である。
また、本発明は、前記荷電粒子ビーム装置における荷電粒子源において、前記高周波アンテナを前記プラズマチャンバに対向するように半同軸部分に設けたことを特徴とする。
また、本発明は、前記荷電粒子ビーム装置における荷電粒子源において、前記高周波アンテナに供給する高周波電力を制御する高周波電力制御手段を備えたことを特徴とする。
【0012】
また、本発明は、前記荷電粒子ビーム装置における荷電粒子源において、更に、前記プラズマチャンバ内でプラズマ化されたプラズマ内を電磁波がECRポイントまで伝搬できるように前記プラズマチャンバ内の周囲にカスプ磁場を形成するカスプ磁場発生手段を備えたことを特徴とする。
また、本発明は、前記荷電粒子ビーム装置における荷電粒子源において、更に、前記高周波アンテナによって発生した高周波の電磁波が、前記プラズマチャンバ内でプラズマ化されたプラズマ中を伝搬できるような磁力線を発生させる磁力線発生手段を備えたことを特徴とする。
また、本発明は、前記荷電粒子ビーム装置における荷電粒子源において、前記プラズマチャンバ内に導入されるガスとして、不活性ガスや窒素ガスの何れかのガス種であることを特徴とする。
また、本発明は、前記荷電粒子ビーム装置において、更に、対象物に対してイオンビームと電子ビームとを切り換えて照射するように前記荷電粒子源の引き出し電極、および前記光学系に供給する電源電圧を切り換え制御する制御手段を設けたことを特徴とする。
また、本発明は、前記荷電粒子ビーム装置において、前記2次荷電粒子検出器によって検出される2次荷電粒子によって対象物に形成された物質の元素分析を行う分析手段を設けたことを特徴とする。
【0013】
また、本発明は、半導体製造ラインで処理される基板上に発生する異物等の欠陥を検査する検査工程と、マイクロ波を共振させる半同軸共振器と該半同軸共振器の半同軸部分に対向する空洞部分に設置され、プラズマ化するガスが導入されるプラズマチャンバと該プラズマチャンバ内に前記半同軸共振器によって共振されたマイクロ波電力を導入するマイクロ波電力導入窓と前記プラズマチャンバ内に高周波電力を導入する高周波アンテナと前記プラズマチャンバ内でプラズマ化された荷電粒子を引き出す引き出し電極とを備えた荷電粒子源から引き出されたイオンビーム若しくは電子ビーム等の荷電粒子ビームを光学系によって集束させて前記検査工程で検査された基板上の欠陥に照射し、該欠陥から発生した荷電粒子若しくはX線若しくは光を検出器で検出して欠陥の元素分析を行う欠陥の元素分析工程と、該欠陥の元素分析工程で分析された欠陥の元素に基づいて前記半導体製造ラインの不良製造工程を特定する特定工程とを有することを特徴とする不良解析方法である。
また、本発明は、半導体製造ラインで処理される基板上に発生する異物等の欠陥を検査する検査工程と、マイクロ波を共振させる半同軸共振器と該半同軸共振器の半同軸部分に対向する空洞部分に設置され、プラズマ化するガスが導入されるプラズマチャンバと該プラズマチャンバ内に前記半同軸共振器によって共振されたマイクロ波電力を導入するマイクロ波電力導入窓と前記プラズマチャンバ内に高周波電力を導入する高周波アンテナと前記プラズマチャンバ内でプラズマ化された荷電粒子を引き出す引き出し電極とを備えた荷電粒子源から引き出されたイオンビーム等の荷電粒子ビームを光学系によって集束させて(更に偏向させても良い。)前記検査工程で検査された基板上の欠陥領域に照射して、該欠陥を露出させる欠陥露出工程と、該欠陥露出工程で露出された欠陥について元素分析を行う欠陥の元素分析工程と、該欠陥の元素分析工程で分析された欠陥の元素に基づいて前記半導体製造ラインの不良製造工程を特定する特定工程とを有することを特徴とする不良解析方法である。
【0014】
また、本発明は、基板に対して半導体製造ラインで処理して半導体デバイスを製造する半導体デバイスの製造方法において、前記半導体製造ラインで処理される基板上に発生する異物等の欠陥を検査する検査工程と、マイクロ波を共振させる半同軸共振器と該半同軸共振器の半同軸部分に対向する空洞部分に設置され、プラズマ化するガスが導入されるプラズマチャンバと該プラズマチャンバ内に前記半同軸共振器によって共振されたマイクロ波電力を導入するマイクロ波電力導入窓と前記プラズマチャンバ内に高周波電力を導入する高周波アンテナと前記プラズマチャンバ内でプラズマ化された荷電粒子を引き出す引き出し電極とを備えた荷電粒子源から引き出されたイオンビーム若しくは電子ビーム等の荷電粒子ビームを光学系によって集束させて前記検査工程で検査された基板上の欠陥に照射し、該欠陥から発生した荷電粒子若しくはX線若しくは光を検出器で検出して欠陥の元素分析を行う欠陥の元素分析工程と、該欠陥の元素分析工程で分析された欠陥の元素に基づいて前記半導体製造ラインの不良製造工程を特定し、該特定された不良製造工程にフィードバックして欠陥を発生させる要因を低減または除去するように制御する制御工程とを有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法である。
【0015】
また、本発明は、基板に対して半導体製造ラインで処理して半導体デバイスを製造する半導体デバイスの製造方法において、前記半導体製造ラインで処理される基板上に発生する異物等の欠陥を検査する検査工程と、マイクロ波を共振させる半同軸共振器と該半同軸共振器の半同軸部分に対向する空洞部分に設置され、プラズマ化するガスが導入されるプラズマチャンバと該プラズマチャンバ内に前記半同軸共振器によって共振されたマイクロ波電力を導入するマイクロ波電力導入窓と前記プラズマチャンバ内に高周波電力を導入する高周波アンテナと前記プラズマチャンバ内でプラズマ化された荷電粒子を引き出す引き出し電極とを備えた荷電粒子源から引き出されたイオンビーム等の荷電粒子ビームを光学系によって集束させて(更に偏向させても良い。)前記検査工程で検査された基板上の欠陥領域に照射して、該欠陥を露出させる欠陥露出工程と、該欠陥露出工程で露出された欠陥について元素分析を行う欠陥の元素分析工程と、該欠陥の元素分析工程で分析された欠陥の元素に基づいて前記半導体製造ラインの不良製造工程を特定し、該特定された不良製造工程にフィードバックして欠陥を発生させる要因を低減または除去するように制御する制御工程とを有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法である。
【0016】
以上説明したように、前記構成によれば、マイクロ波を共振器の大きさによるカットオフ周波数のない半同軸共振器で共振させて共振器内部に設置したプラズマチャンバ内に封入したガスをプラズマ化することによって、局所的に高密度のプラズマを発生させ、しかも数pA〜数nAの広い範囲にわたるイオンビーム電流が得られように構成することによって、例えばFIB加工では高精度に微細な加工を行ったり、広範囲を高速に粗加工したりすることが可能となる。
もし、この広い範囲のイオンビーム電流をマイクロ波の電力のみで変更しようとすると、数十W〜数千Wまで安定、連続して変えることができるマイクロ波電源が必要となる。しかし、現実的な太さの同軸線路の最大通過電力は200〜300Wであって、それ以上の電力を供給することは不可能である。そこで本発明では、このマイクロ波電力に加えて、数百k〜数百MHzといったマイクロ波の周波数に比べて低い周波数の高周波電力を高周波アンテナから同時にプラズマチャンバ内部のプラズマに加えることによりプラズマの密度を広範囲に変化させ、FIB加工に要求されるイオンビーム電流を200〜300Wのマイクロ波電源+高周波電源により得ることが可能となる。
【0017】
従って、マイクロ波に加えて同時に高周波電力をプラズマに供給することにより、従来のアパーチャを使ったビーム電流制御と同じ性能を持ち、かつ不純物や異物を出さないビーム電流を制御することが可能となる。なお、従来のLMISからのイオンは金属イオンであるのに対してプラズマイオン源の場合にはガスを用いているために半導体に対して不純物とならないガス種を選択すればイオンそのものが汚染源になることがないことは特開平7−320670号公報で示されている。
【0018】
以上説明したように、本発明によれば、アパーチャを用いずにビーム電流を連続的に変更でき、不純物、異物を発生しない荷電粒子源および荷電粒子ビーム装置を実現することができ、最適なビーム電流、即ちビーム径で分析や加工等を行うことが可能となる。
また、本発明によれば、不純物、異物を発生しない荷電粒子ビームを用いて最適なビーム電流、即ちビーム径で分析や加工等を行うことが可能となり、その結果半導体製造ラインの不良解析を高精度に行って、異物等の欠陥を発生させている製造工程を特定し、早期に欠陥の発生要因を減少または取り除くことによって半導体デバイス等の高歩留まりと品質向上を図ることが可能となる。
【0019】
【発明の実施の形態】
本発明に係る実施の形態を図面を用いて説明する。
まず、本発明に係るプラズマ荷電粒子源の第1の実施の形態について、図1〜図7、図12および図14を用いて説明する。以下の説明においては、プラズマイオン源について説明する。当然、プラズマ荷電粒子源は、後述するようにプラズマイオン源と同様にプラズマ電子線源としても使用することができる。
図1は、本発明に係る半同軸共振器とスリットによりガスをプラズマ化したイオン源の第1の実施の形態の要部を模式的に示した断面図である。図1中の1はアルミニューム等の材料で形成された半同軸共振器である。2は半同軸共振器1内にマイクロ波を導入するアンテナ2aを備えたマイクロ波導入同軸コネクタである。3は半同軸部分を形成する可動中心導体である。4はプラズマチャンバ8内に数百k〜数百MHzといったマイクロ波の周波数に比べて低い高周波電力を供給する高周波電力導入用高周波アンテナであり、半同軸部分である可動中心導体3内に設置されている。5は高周波アンテナ4に高周波電力を供給する高周波用同軸ケーブルである。6はスリースタブチューナ等から構成された可動スタッブ整合器で、半同軸共振器1において最適なマイクロ波の共振状態を得るために調整するものである。8は石英やセラミック等から形成されたプラズマチャンバで、半同軸共振器1の半同軸部分に対向する空洞部分に設置されている。即ち、プラズマチャンバ8内には、プラズマ化するためのガスがガス流路11から導入されることになる。9はプラズマチャンバ8内の周囲にカスブ磁場を発生させるマグネットで、プラズマチャンバ8内に導入されたマイクロ波電力の減衰を防止させるためのものである。13はプラズマチャンバ8内にプラズマ化したイオン23または電子22を引き出す引き出し電極である。14は引き出し電極13から引き出されたイオンビーム(FIB)を示す。16はガス導入管で、プラズマチャンバ8内にプラズマ化するガスをガス流路11から導入するためのものである。なお、高周波アンテナ4に高周波電力を0〜100W程度まで変化させて供給する高周波電力制御装置(図示せず)が高周波用同軸ケーブル5に接続されている。また、10は、可動中心導体3を上下にガイドするリニアシャフトである。15は、スリースタブチューナ6に高電圧を印加する高電圧印加端子である。
【0020】
ガス導入管16から導入されたガスは、プラズマチャンバ8に設けたガス流路11を通してプラズマチャンバ8内部に流れ込む。このガスをマイクロ波導入窓(スリット)30を通して導入されたマイクロ波によりプラズマ化して、引き出し電極13に開いた穴を通してイオンを引き出してイオン源とする。引き出されたイオンは図14に示す光学系101により、集束されて加工または分析処理する対象物102に照射される。なお、導入するガスとしては、ネオン、クリプトン、アルゴン、ゼノンなどの不活性ガスや窒素の何れかのガス等で構成される。
ところで、電磁波であるマイクロ波は空間を伝わるために、通常の電気回路とは違って立体回路を用いなければならない。本プラズマイオン源においても同軸ケーブル2のアンテナ2aから、立体回路である半同軸共振器1にマイクロ波を伝搬させ、共振器1内でマイクロ波を共振させて200〜300W程度の電力をプラズマチャンバ8におけるマイクロ波導入窓30を通してプラズマに供給している。図2に示すように、同軸型の空洞共振器には共振波長の違いにより同軸共振器と半同軸共振器の2種類があるが本発明では図1中のプラズマチャンバ8を共振器内に設置するために、半同軸共振器の形になる。半同軸共振器1の共振長は3/4波長であり、同軸共振器より1/4波長分長くなる。また同軸共振器の特性インピーダンスは図中aとbの比により決まる。例えば、2.45GHzのマイクロ波では波長が122mmであるので、半同軸共振器1では約91mmが共振器長になる。
【0021】
さて、ガスをプラズマチャンバ8内に流す。次に、マイクロ波をアンテナ2aから半同軸共振器1内部に導入すると半同軸共振器1内部でマイクロ波の共振状態が起こる。このままではプラズマチャンバ8内部にはマイクロ波が伝搬しないため、図3に示すように可動中心導体3を引き上げて共振器1内部にプラズマチャンバ8を露出させる。その結果、マイクロ波電界は共振器1の底部と可動中心導体3の間の隙間(マイクロ波導入窓)、即ちスリット(マイクロ波導入窓)30を通してプラズマチャンバ8内部のガスに伝搬する。可動中心導体3の引き上げによって、マイクロ波の共振状態がずれるので共振する位置まで可動中心導体3の位置を上下方向に調整することによって、プラズマチャンバ8内のガスに効率よくマイクロ波電界が伝搬し、ガス原子あるいは分子が電離されてプラズマ7となる。プラズマ7の着火によって再度、マイクロ波の共振状態がずれるので、これを可動中心導体3の位置、または可動スタブ整合器の1種であるスリースタブチューナ6の3本の棒の位置(共振器内に出す量)の調整により共振状態を最適化して、マイクロ波電力をプラズマ7に効率よく供給する。
【0022】
ところで、半導体製造ラインにおいて例えばウエハ上に発生した異物等の欠陥について元素分析等を行ってその発生原因を究明する不良解析が必要となってきている。そのために例えばFIB加工においては、高精度な微細加工や広範囲の高速粗加工が必要となり、数pA〜数nAの広い範囲に亘って連続的にイオンビーム電流を変えられるもの、即ち、任意のイオンビーム電流が得られるプラズマイオン源が要望されてきている。
そこで、イオンビーム電流を上げるためにマイクロ波電力を増加すると、プラズマ密度が増加するが、密度が増加するとその密度に比例してプラズマ内部を伝搬できる電磁波の周波数の上限(カットオフ周波数)が変化する。このため、本発明においては、プラズマチャンバ8内の壁に沿って図4(a)に示すような例えば8極のカスプ磁場を作り出すマグネット9を図1に示す位置に配置した。なお、18はヨークを示す。このカスプ磁場は、図4(b)に示すように、電磁波をカットオフ周波数に関係なく磁力線に沿って電子サイクロトロン共鳴ECR(Electron Cyclotron Resonance)ポイントまでプラズマ内を伝搬できることを利用したものである。これにより、マイクロ波電力の供給限界はマイクロ波電源系統の容量で決まることになる。
【0023】
しかしながら、すでに説明したようにマイクロ波電源のみでFIBの電流範囲(数pA〜数nAの広い範囲)を制御しようとすると大きな容量の電源が必要となり現実的でない。そこで、本発明では、可動中心導体3内部に設けた高周波アンテナ4に高周波電力を高周波ケーブル5を通して供給し、マイクロ波電力が低くても高いビーム電流を得ることができる構造にした。図5は一定のマイクロ波電力(図5中では72W)を供給しておき、高周波電力を印加した場合のイオンビーム電流の変化を示したものである。マイクロ波電力のみの場合(高周波電力0W時)に比べ、マイクロ波+高周波電力の場合にはイオンビーム電流が高周波電力の増加に伴って大きく増加していることが分かる。一方、リターディング法によりイオンビームのエネルギー幅を測定した結果、高周波印加時にはエネルギー幅が増加していることが分かる。
従って、本実施の形態によれば、図6に示すように従来のアパーチャによるビーム電流制御法において電流の増加に伴ってビーム径が大きくなるのと同じく、ビーム電流増加に伴ってエネルギー幅が増加するのでビーム径が増加することになる。ただし、従来のアパーチャによるビーム電流制御法は常にビームがアパーチャに当たるのでスパッタリングにより不純物が発生したり、アパーチャの可動に伴う異物の発生などの問題も発生する可能性があるが、本実施の形態によればその問題はなく、また高周波電力の増加にともなってビーム電流も連続的に制御できる利点もある。
【0024】
以上説明したプラズマ荷電粒子源を備えたFIB装置は、図12(a)または図14によって構成される。即ち、103は、図1および図3に示すプラズマ荷電粒子源である。そして、プラズマチャンバ8内にプラズマ化されたイオン23は、基準電極24に対して引き出し電極13に印加された電源電圧31aによって引き出され、引き出し電極13とコンデンサレンズ25との間に印加されている電源電圧32aによって加速されることになる。ところで、引き出し電極13のイオン引き出し口をイオンシースの厚さよりも小さい径にすることにより、プラズマが引き出し口から加速電極側へ拡散することがなくなるので、引き出し電極13には、プラズマ7中のイオン23を引き出すための比較的小さい電圧31aを印加するだけでよくなるので、引き出し電極13がスパッタされて異物が発生することをなくすことができる。即ち、アパーチヤレスを実現することができる。即ち、プラズマ7中に設置された基準電極24に対して引き出し電極13に電圧31aを加えることにより、効率よくプラズマ7に電界がかかり、数十ボルト程度の低電圧で最大限のイオン23を引き出すことができ、引き出し電極13の付近での絶縁破壊も生じない。
【0025】
なお、光学系101は、コンデンサレンズ25と偏向電極26とオブジェクトレンズ27とを有することになる。33a、34a、35aはコンデンサレンズ25、オブジェクトレンズ27に印加する電源電圧である。これら電源電圧31a、32a、33a、34a、35aは、図示していない制御装置によって最適な電圧が与えられるように制御可能に構成されている。また光学系101および対象物102を載置する試料ステージ28は、真空排気される真空室(図示せず)内に設置されている。
従って、図示していない制御装置によって、可動中心導体3内部に設けた高周波アンテナ4に高周波電力を制御することによって、数pA〜数nAの広い範囲で最適化されたビーム電流でイオンビーム14を引き出すことを可能にし、その結果ビーム電流増加に伴ってエネルギー幅が増加する関係からビーム径の最適化も可能となる。このように、対象物102に対して加工または分析処理等施す高精度な微細加工や広範囲の高速粗加工に対して最適化されたビーム電流およびビーム径を有するイオンビーム14を試料ステージ28上に載置された対象物(例えば半導体ウエハ21)102に対して照射することができる。なお、104は、対象物102から発生する2次荷電粒子(2次イオンや2次電子)を検出する2次荷電粒子検出器である。この2次荷電粒子検出器104から検出される2次荷電粒子検出信号によって、対象物102に対するイオンビーム14の照射位置を決めたりすることも可能である。
【0026】
次に、以上説明したFIB装置を半導体製造ラインへ適用した応用例について説明する。
たとえば、上記不純物、異物を発生せずにビーム電流を連続制御できるFIB装置を、工程a、工程b、工程c、・・・工程zからなる半導体製造ラインの不良解析に使用した例では、図7に示すように製造ライン内の工程a、工程b、工程cから得られるウエハに対して検査される異物検査や外観検査装置(検査A、検査B、検査C等からなる。)により発見された異物等の欠陥20に関するデータベース71から得られる位置データ72をもとに、FIB装置においてFIB14を照射し、2次荷電粒子検出器104で検出される異物20から得られる2次荷電粒子像に基づいてその異物20の形状を観察する。なお、異物20の形状を観察するのに、走査電子顕微鏡(SEM)によって行っても良い。そして、FIB装置を用いる工程73において、異物20が半導体ウエハ表面21に付着している場合には、ウエハの大気中の運搬などにより最表面層に薄い酸化膜が形成されているので、ビーム電流を大きくしてビーム径の大きなFIB14によりこれを除去加工した上で、次に異物(2μm〜0.05μm程度)の大きさに適合するようにビーム電流を小さくしてビーム径を(1μm〜0.01μm)程度にして表面からスパッタされた2次イオンをTOF−SIMS分析19することで異物の元素分析を行い、その元素分析結果をデータベース71に登録する。
【0027】
不良解析装置は、データベース71に登録された異物の元素分析結果からどの工程で発生した物質であるかを特定し、早急に製造ラインに不良を改善するようにフィードバックをかける。即ち、不良解析装置は、異物の元素分析結果から異物の元素を把握することが可能となり、その結果どの工程で異物が発生したかを究明することができ、工程を特定することが可能となる。
また、FIB装置を用いる工程73において、異物が表面になく下層に存在している場合にはビーム電流を大きくしてビーム径の大きなFIB14により異物の上層から断面加工した上で、次に異物(2μm〜0.05μm程度)の大きさに適合するようにビーム電流を小さくしてビーム径を(1μm〜0.01μm)程度にしてTOF−SIMS分析19をすれば、不良解析装置において、同様に異物発生工程を特定することができる。即ち、異物20の表面層に形成された薄い酸化膜を除去加工したり、異物が表面になく下層に存在している場合に異物の上層から断面加工する場合には、ビーム電流を増大してビーム径を著しく大きくする(1μm〜数10μm程度)ことにより高速で実行することが可能となる。なお、異物の分析を行う上で従来のガリウムイオンではなくプラズマを使ったイオン源からのガスイオン(ネオン、クリプトン、アルゴン、ゼノンなどの不活性ガスや窒素の何れかのガスに基づくイオン)であり、かつアパーチャを用いない電流制御であるため、ウエハを不純物で汚染することなく、精度良く元素分析、不良工程を特定できることも特徴である。
【0028】
次に、本発明に係るプラズマイオン源の第2の実施の形態について、図5、図6、図8、図9、図12および図14を用いて説明する。
図8は、本発明に係る半同軸共振器とスリットによりガスをプラズマ化したイオン源の第2の実施の形態の要部を模式的に示した断面図である。この第2の実施の形態の第1の実施の形態と相違する点は、半同軸共振器1とスリット30を用いてマイクロ波によりプラズマチャンバ8内のネオン、クリプトン、アルゴン、ゼノンなどの不活性ガスや窒素の何れかのガスをプラズマ化し、引き出し電極13に開いた穴からイオンを引き出すプラズマイオン源において、イオンビーム電流を制御する高周波電力導入用高周波アンテナ4の上部に縦方向に磁場を発生するマグネット17を設置したものである。このマグネット17の磁力線により高周波アンテナ4から発生した高周波の電磁波がホイッスラーモードでプラズマ中に伝搬し、高周波電力の供給効率を上げる構造となっている。なお、ホイッスラーモードとは、プラズマ中を電磁波が伝搬するときのモードのことである。このように、マグネット17を設置することによって、高周波電力導入用高周波アンテナ4による高周波電力の供給効率を上げることが可能となり、図5に実線で示す特性よりもビーム電流(pA)およびエネルギー幅(eV)を増大させることが可能となる。従って、図6に示すように、ビーム電流(pA)を連続的に変えることが可能となり、その結果エネルギー幅(eV)の増大に伴ってビーム径を連続的に変えることが可能となり、対象物102(21)への最適な加工や分析処理等を実現することが可能となる。
【0029】
次に、以上説明したFIB装置を半導体製造ラインへ適用した応用例について説明する。
たとえば、上記不純物、異物を発生せずにビーム電流を連続制御できるFIB装置を用いて、工程a、工程b、工程c、・・・工程zからなる半導体製造ラインの不良解析に使用すれば、図9に示すように製造ライン内の異物検査や外観検査装置(検査A、検査B、検査C等)により発見された異物をデータベース71の位置データ72をもとに、工程74において、走査型電子顕微鏡(SEM)によりその形状を観察する。そして、異物が表面層に付着している場合にはウエハの大気中の運搬などにより最表面層に薄い酸化膜が形成されているので、FIB装置を用いる工程75においてFIB14を照射し、2次荷電粒子検出器104で検出される異物から得られる2次荷電粒子像に基づいて位置決めし、異物の表面層に付着している薄い酸化膜にビーム電流を大きくしてビーム径の大きなFIB14を照射して除去加工を行う。その後、FIB装置を用いる工程76において異物(2μm〜0.05μm程度)の大きさに適合するようにビーム電流を小さくしてビーム径を(1μm〜0.01μm)程度にして断面のオージェ電子分光(AES=Auger Electron Spectroscopy)分析を行うことで異物の元素分析を行ってその結果をデータベース71として登録する。
【0030】
不良解析装置は、データベース71として登録された異物の元素分析結果からどの工程で発生した物質であるかを特定し、早急にラインに不良を改善するようにフィードバックをかける。また、異物が表面になく、表面より下層に存在している場合にはビーム電流を大きくしてビーム径の大きなFIB14により異物の上層から断面加工した上で、次に異物(例えば、2μm〜0.05μm程度)の大きさに適合するようにビーム電流を小さくしてビーム径を(1μm〜0.01μm)程度にしてAES分析をすれば、不良解析装置において、同様に異物発生工程を特定することができる。なお、異物の断面加工を行う上で従来のガリウムイオンではなくプラズマを使ったイオン源からのガスイオンであり、かつアパーチャを用いない電流制御であるため、ウエハを不純物で汚染することなく、精度良く元素分析、不良工程を特定できることも特徴である。
【0031】
次に、本発明に係るプラズマイオン源の第3の実施の形態について、図5、図6、図8、図9、図12および図14を用いて説明する。
図10は、本発明に係る半同軸共振器とスリットによりガスをプラズマ化したイオン源の第3の実施の形態の要部を模式的に示した断面図である。この第3の実施の形態の第1の実施の形態と相違する点は、半同軸共振器1とスリット30を用いてマイクロ波によりプラズマチャンバ8内のネオン、クリプトン、アルゴン、ゼノンなどの不活性ガスや窒素の何れかのガスをプラズマ化し、引き出し電極13に開いた穴からイオンを引き出すプラズマイオン源において、カスプ磁場を発生するマグネット9を取り外し、イオンビーム電流を制御する高周波アンテナ4の上部に縦方向にのみ磁場を発生するマグネット17を設置したものである。マグネット9をはずしたことでマグネット17の縦方向磁力線の乱れを低減し、高周波電磁波のホイッスラーモードのプラズマへの供給効率を上げる構造となっている。
【0032】
次に、以上説明したFIB装置を半導体製造ラインへ適用した応用例について説明する。
たとえば、上記不純物、異物を発生せずにビーム電流を連続制御できるFIB装置を用いて、工程a、工程b、工程c、・・・工程zからなる半導体製造ラインの不良解析に使用すれば、図11に示すように製造ライン内の異物検査や外観検査装置(検査A、検査B、検査C等)により発見された異物をデータベース71の位置データ72をもとに、工程74において走査型電子顕微鏡によりその形状を観察する。そして、異物が半導体ウエハの表面層に付着している場合にはウエハの大気中の運搬などにより最表面層に薄い酸化膜が形成されているので、FIB装置を用いる工程75においてFIB14を照射し、2次荷電粒子検出器104で検出される異物から得られる2次荷電粒子像に基づいて位置決めし、異物の表面層に付着している薄い酸化膜にビーム電流を大きくしてビーム径の大きなFIB14を照射して除去加工を行う。その後、FIB装置を用いる工程77において異物(例えば、2μm〜0.05μm程度)の大きさに適合するようにビーム電流を小さくしてビーム径を(1μm〜0.01μm)程度にして、断面のEDX分析を行うことで異物の元素分析を行ってその結果をデータベース71として登録する。
【0033】
不良解析装置は、データベース71として登録された異物の元素分析結果からどの工程で発生した物質であるかを特定し、早急にラインに不良を改善するようにフィードバックをかける。また、異物が表面より下層に存在している場合にはビーム電流を大きくしてビーム径の大きなFIB14により異物の上層から断面加工した上で、次に異物(例えば、2μm〜0.05μm程度)の大きさに適合するようにビーム電流を小さくしてビーム径を(1μm〜0.01μm)程度にしてEDX分析をすれば、不良解析装置において、同様に異物発生工程を特定することができる。なお、異物の断面加工を行う上で従来のガリウムイオンではなくプラズマを使ったイオン源からのガスイオンであり、かつアパーチャを用いない電流制御であるため、ウエハを不純物で汚染することなく、精度良く元素分析、不良工程を特定できることも特徴である。
【0034】
以上のように異物の位置を検査装置A,B,Cで特定した後、その異物をSEMあるいはFIB装置で形状等を確認し、ビーム電流を大きくしてビーム径の大きなFIB14で異物の断面を加工した後、異物(例えば、2μm〜0.05μm程度)の大きさに適合するようにビーム電流を小さくしてビーム径を(1μm〜0.01μm)程度にしてTOF−SIMS、AES、EDX分析等の表面分析手法を用いて異物の元素分析を行って異物の元素分析結果をデータベース71に登録することで、不良解析装置において半導体製造ラインのどの工程で発生した異物なのかを特定して不良解析を行うことができる。なお、不良工程を特定する不良解析装置は、分析装置(FIB加工装置も含む)および検査装置A,B,Cとネットワークで接続して構成することも可能である。また、不良解析装置は、分析装置(FIB加工装置も含む)内に設置することも可能である。
また、異物等の形状を確認するSEMあるいはFIB装置は、後述するように、分析装置と同じ装置によって構成することもできる。
【0035】
次に、本発明に係るプラズマ荷電粒子源を用いたSEM装置の一実施の形態について説明する。
上記第1〜第3の実施の形態では、プラズマ荷電粒子源として、引き出し電極13への電圧をプラズマの電位に対して負の電位にしているため、プラズマ7中の正イオン23が引き出されてFIB14として動作した。
【0036】
一方プラズマ7中には、ネオン、クリプトン、アルゴン、ゼノンなどの不活性ガスや窒素の何れかのガス等で構成されるガスがイオン化した結果、発生する電子22が存在している。従って、電源電圧31bによって与えられる引き出し電極13への電圧を、基準電極24により与えられているプラズマの電位に対して正の電位にした場合には電子22が引き出せ、電子源として動作する。ところで、これまで異物を分析するのに使用していたオージェ分光分析やEDX分析では分析表面に照射する1次ビームとして専用にSEMのような集束した電子ビームを発生する鏡筒を必要としていたが、本発明によれば、図12(a)、(b)に示すようにプラズマ荷電粒子源の引き出し電極13への電圧の極性とイオン光学系101のコンデンサレンズ25、オブジェクトレンズ27、偏向制御系26の電圧の極性を変えるだけでFIB14が対象物102(21)へ照射されるFIBの機能が電子ビーム29が対象物102(21)へ照射されるSEMの機能に切り替わり、分析専用の鏡筒が不要になる。即ち、図1および図3または図8または図10に示す如く構成されたプラズマ荷電粒子源103のプラズマチャンバ8内にプラズマ化された電子22は、基準電極24に対して引き出し電極13に印加された電源電圧31bによって引き出され、引き出し電極13とコンデンサレンズ25との間に印加される電源電圧32bによって加速されることになる。ところで、引き出し電極13の電子引き出し口を電子シースの厚さよりも小さい径にすることにより、プラズマが引き出し口から加速電極側へ拡散することがなくなるので、引き出し電極13には、プラズマ7中の電子22を引き出すための比較的小さい電圧31bを印加するだけでよくなる。即ち、プラズマ7中に設置された基準電極24に対して引き出し電極13に電圧31bを加えることにより、効率よくプラズマ7に電界がかかり、数十ボルト程度の低電圧で最大限の電子22を引き出すことができ、引き出し電極13の付近での絶縁破壊も生じない。なお、33b、34b、35bはコンデンサレンズ25、オブジェクトレンズ27に印加する電源電圧である。これの電源電圧31b、32b、33b、34b、35bは、図示していない制御装置によって最適な電圧が与えられるように制御可能に構成されている。
また、電源電圧31aと電源電圧31b、電源電圧32aと電源電圧32b、電源電圧33aと電源電圧33b、電源電圧34aと電源電圧34b、電源電圧35aと電源電圧35bとの切り換えも、制御装置によって可能に構成されている。
【0037】
次に、本発明に係るFIB装置の半導体製造ラインへの応用例について説明する。
たとえば、図13に示すように工程a、工程b、工程c、・・・工程zからなる半導体製造ライン内の異物検査や外観検査装置(検査A、検査B、検査C等)により発見された異物をデータベース71の位置データ72をもとに、FIB装置を用いて過程78において、引き出し電極13への電圧31bをプラズマ電位に対して正に、イオン光学系101の電圧を電子を集束する極性に変更することで、異物が付着された対象物102(21)に対して電子ビーム29を照射し、対象物102(21)から発生する2次電子を荷電粒子検出器104によって検出するSEMとして機能させ、該検出された2次電子像に基づいて異物の形状を観察する。
そして、異物が表面に付着している場合にはウエハの大気中の運搬などにより最表面層に薄い酸化膜が形成されているので、FIB装置を用いて過程79において、引き出し電極13への電圧をプラズマ電位に対して負に、イオン光学系101の電圧をイオンを集束する電圧に切り替え、ビーム電流を大きくしてビーム径の大きなFIB14を照射してFIB機能により除去加工する。
【0038】
そして、FIB装置を用いて過程80において、再び引き出し電圧及びイオン光学系101の電圧を切り替え、更にビーム電流を小さくしてビーム径を異物より小さくして電子ビーム29を断面に走査して表面から放出されるオージェ電子あるいはX線のエネルギー分析(EDX)を行うことで異物の元素分析を行って異物の元素分析結果をデータベース71に登録する。なお、1次ビームとして電子ビームを用いる分析であれば、オージェ分光分析、EDX分析以外でも分析を行うことができる。そして、不良解析装置において、分析結果からどの工程で発生した物質であるかを特定し、早急にラインに不良を改善するようにフィードバックをかける。
また、異物が表面より下層に存在している場合には、FIB装置を用いて過程79において、引き出し電極13への電圧をプラズマ電位に対して負に、イオン光学系101の電圧をイオンを集束する電圧に切り替え、ビーム電流を大きくしてビーム径の大きなFIB14を照射してFIB機能により異物の上層から断面加工を施す。その後、FIB装置を用いて過程80において、再び引き出し電圧及びイオン光学系101の電圧を切り替え、更にビーム電流を小さくしてビーム径を異物より小さくして電子ビーム29を断面に走査して、SEM機能を使ってオージェ分光分析をすれば、不良解析装置において、同様に異物発生工程を特定することができる。
【0039】
なお、SEM機能時にも不純物や異物が発生しないプラズマ密度制御による電流制御であり、かつFIB機能時には異物の断面加工を行う上で従来のガリウムイオンではなくプラズマを使ったイオン源からのガスイオンであり、かつアパーチャを用いない電流制御であるため、ウエハを不純物で汚染することなく、精度良く元素分析、不良工程を特定できることも特徴である。
なお、本実施の形態では当然1つの装置内でSEM観察・FIB加工・分析が実施できるが、図7、図9、図11に示した実施の形態においてもSEM観察・FIB加工・分析の2つ以上を同一装置内で実施できれば、真空排気時間を含む装置間搬送時間や異物への位置決め時間等の短縮による異物解析時間の短縮が図れ、さらに、装置占有面積を縮小を図れる効果もあり、解析装置として望ましい形態となることは言うまでもない。
【0040】
【発明の効果】
本発明によれば、マイクロ波電源から半同軸共振器に供給したマイクロ波電力により、半同軸共振器内部に設置したプラズマチャンバ内のガスをプラズマ化し、局所的に高密度のプラズマを発生させ、このプラズマに可動中心導体内部に設けた高周波アンテナを通して、高周波電力をマイクロ波と同時に供給してさらにプラズマを高密度化することで、高いビーム電流を発生させることを可能にし、その結果数pAから数nA程度の広範囲なビーム電流を得ることが可能となり、不純物、異物を発生しない荷電粒子ビームを用いて最適なビーム電流、即ちビーム径で分析や加工等を行うことができる効果を奏する。
また、本発明によれば、不純物、異物を発生しない荷電粒子ビームを用いて最適なビーム電流、即ちビーム径で分析や加工等を行うことが可能となり、その結果半導体製造ラインの不良解析を高精度に行って、異物等の欠陥を発生させている製造工程を特定し、早期に欠陥の発生要因を減少または取り除くことによって半導体デバイス等の高歩留まりと品質向上を図ることが可能となる。
【0041】
また、本発明によれば、不純物や異物を発生せずに断面加工が行えるようになり、半導体製造ラインの不良解析に適用した場合、異物検査装置や外観検査装置で発見された異物の位置データをもとに異物の断面加工および分析装置により異物の元素分析が行えるようになった。これにより異物の発生した不良工程を特定できるすることによりFIB加工に必要な数pAから数nAのビーム電流をアパーチャを使用せずに得ることができ、るようになった。また、アパーチャを用いないことで不純物や異物の発生を押さえることができるようになった。
また、本発明によれば、FIB装置により不純物や異物を発生せずに異物等の欠陥を露出するための断面加工や酸化膜等の除去加工が行えるようになり、半導体製造ラインの不良解析に適用した場合、異物検査装置や外観検査装置で発見された異物等の欠陥の位置データをもとに異物等の欠陥を露出する加工および分析装置により異物等の欠陥の元素分析が可能となり、その結果異物等の欠陥を発生させる不良製造工程を特定することができる効果を奏する。
【0042】
また、本発明によれば、荷電粒子ビーム装置でのFIBとSEM機能の切替動作により、従来分析用に1次電子ビームの別鏡筒を必要としていたオージェ分光分析やEDX分析等の分析が同じ荷電粒子ビーム装置により行えるようになった。これにより分析する試料周囲のスペース確保、FIBと分析用1次ビームの軸ずれ防止、真空排気時間を含む装置間搬送時間や異物への位置決め時間などの短縮による異物解析時間の短縮、装置専有面積の縮小が図れるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るプラズマ荷電粒子源の第1の実施の形態を示す要部断面図である。
【図2】本発明に係る同軸共振器と半同軸共振器の構造を示す断面図である。
【図3】図1に示すプラズマ荷電粒子源の第1の実施の形態の動作を示す要部断面図である。
【図4】図1に示すカスプ磁場を発生するためのマグネットの配置と磁束密度分布を示す図である。
【図5】一定のマイクロ波電力を加えた状態でのイオンビーム電流とエネルギー幅とについての高周波アンテナから導入される高周波電力依存性を示す図である。
【図6】本発明の制御方式と従来アパーチャによる制御方式の特性比較を示した図である。
【図7】本発明に係るプラズマ荷電粒子源の第1の実施の形態を半導体製造ラインへ応用させた応用例を説明するための図である。
【図8】本発明に係るプラズマ荷電粒子源の第2の実施の形態を示す要部断面図である。
【図9】本発明に係るプラズマ荷電粒子源の第2の実施の形態を半導体製造ラインへ応用させた応用例を説明するための図である。
【図10】本発明に係るプラズマ荷電粒子源の第3の実施の形態を示す要部断面図である。
【図11】本発明に係るプラズマ荷電粒子源の第3の実施の形態を半導体製造ラインへ応用させた応用例を説明するための図である。
【図12】本発明に係る荷電粒子ビーム装置として、電源電圧を切り換えることによってFIB機能とSEM機能とを切り換える構成を説明するための図である。
【図13】本発明に係る荷電粒子ビーム装置としてSEM機能を持たせた場合の半導体製造ラインへの応用例を説明するための図である。
【図14】本発明に係るプラズマ荷電粒子源と光学系を設置した荷電粒子ビーム装置を示す図である。
【符号の説明】
1…半同軸共振器、2…マイクロ波導入同軸コネクタ、2a…アンテナ、3…可動中心導体、4…高周波電力導入用高周波アンテナ、5…高周波用同軸ケーブル、6…スリースタブチューナ(可動スタブ整合器)、7…プラズマ、8…プラズマチャンバ、9…マグネット、10…リニアシャフト、11…ガス流路、12…高電圧ケーブル、13…引き出し電極、14…イオンビーム(FIB)、15…高電圧印加端子、16…ガス導入管、17…マグネット、18…ヨーク、19…TOF−SIMIS、20…異物、21…半導体ウエハ表面、22…電子、23…イオン、24…基準電極、25…コンデンサレンズ、26…偏向制御系、27…オブジェクトレンズ、28…試料ステージ、29…電子ビーム
101…光学系、102…対象物、103…プラズマ荷電粒子源、104…二次荷電粒子検出器
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a charged particle source, a charged particle beam apparatus, a defect analysis method, and a semiconductor device manufacturing method for generating a charged particle beam for processing and observing a fine portion used for defect analysis in a semiconductor production line, for example.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in the manufacture of semiconductor devices, it is necessary to proceed with new device development every two to three years, and how to increase the yield in the development period and quickly set up a mass production line has become an issue. And now that the degree of cleanliness of the line has advanced, it is said that most of the causes of lowering the yield are foreign matters related to the apparatus. For this reason, finding a foreign object at an early stage and feeding it back to the process is the key to suppressing defects.
Specifically, Japanese Patent Laid-Open No. 8-313460 discloses a scanning electron microscope apparatus (SEM = Scanning Electron Microscopy) + energy dispersive X-ray analysis of a process in which a foreign substance is generated after the foreign substance is found by inspection. There is a method of analyzing with a device (EDX = Energy Dispersive X-ray spectroscopy) or a focused ion beam device (FIB = Focused Ion Beam) + time-of-flight mass spectrometer (TOF-SIMS = Time-Of-Flight Secondary Ion Mass Spectroscopy). It is shown.
[0003]
In this FIB apparatus, a liquid metal ion source (LMIS = Liquitd Metal Ion Source) such as gallium has been widely used as a conventional ion source. In the FIB apparatus using this LMIS, since the ion source diameter is 0.1 μm or less, the beam can be easily focused to 0.1 μm or less by an ion optical system lens, so that it can be finely processed and observed with high accuracy. It has become.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional FIB apparatus, LMIS is used as an ion source, a liquid metal is supplied to a pointed needle tip and an electric field is applied to ionize the metal and extract ions from the tip. Since the tip diameter of the liquid cone formed at the tip is 0.1 μm or less, it can be focused to 0.1 μm or less by the ion optical system. However, since a high electric field must be applied to the tip for ionization, it is difficult to continuously adjust the amount of ions to be extracted, that is, the ion beam current. Therefore, in the FIB apparatus using LMIS, the ion beam current is adjusted by changing the diameter of the beam limiting aperture incorporated in the ion optical system without adjusting the ion beam current by the ion source itself. In this case, it is necessary to provide a mechanism capable of exchanging several types of apertures having different diameters as required, and the beam current cannot be continuously changed. Further, when a large aperture is used to obtain a large beam current, the ion source diameter is effectively increased, so that the beam cannot be finely focused. In addition, there is a possibility that the aperture is always sputtered by the beam, or foreign matter may be generated due to the replacement of the aperture, making it difficult to identify the location where the foreign matter is generated.
From the above background, there has been a demand for an FIB apparatus capable of controlling the beam current without generating impurities and foreign matters.
[0005]
An object of the present invention is to provide a charged particle source and a charged particle beam apparatus that can continuously change a beam current without using an aperture and do not generate impurities and foreign matters.
Another object of the present invention is to improve the yield and quality of semiconductor devices and the like by reducing or eliminating the cause of defects at an early stage by enabling identification of the manufacturing process causing defects such as foreign matters. It is an object of the present invention to provide a failure analysis method and a semiconductor device manufacturing method.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a semi-coaxial resonator for resonating microwaves, and a plasma that is installed in a cavity portion facing the semi-coaxial portion of the semi-coaxial resonator and into which a gas to be converted into plasma is introduced. A chamber, a microwave power introduction window for introducing microwave power resonated by the semi-coaxial resonator into the plasma chamber, a high frequency antenna for introducing high frequency power into the plasma chamber, and plasma in the plasma chamber A charged particle source comprising an extraction electrode for extracting the charged particles. That is, the present invention is a stepless process by changing the direct current or alternating current power that turns a gas into a plasma in a plasma charged particle source that turns a gas into a plasma and extracts ions or electrons in the plasma to make a charged particle source. The beam current can be adjusted. In a plasma charged particle source, the density of the plasma is proportional to the ion or electron beam current, and increasing the power supplies power to the plasma to increase the plasma density, resulting in an ion beam current or electron beam. The current will increase.
[0007]
In the charged particle source according to the present invention, the high-frequency antenna is provided in a semi-coaxial portion so as to face the plasma chamber.
In addition, the present invention is characterized in that the charged particle source includes high-frequency power control means for controlling high-frequency power supplied to the high-frequency antenna.
[0008]
In the charged particle source, the present invention may further include an electromagnetic wave propagating in the plasma chamber so that an electromagnetic wave can propagate to an electron cyclotron resonance ECR (Electron Cyclotron Resonance) point. A cusp magnetic field generating means for forming a cusp magnetic field is provided.
[0009]
In the charged particle source, the present invention further includes a magnetic force line generating means for generating a magnetic force line that allows high-frequency electromagnetic waves generated by the high-frequency antenna to propagate through the plasma that has been converted into plasma in the plasma chamber. It is characterized by that.
[0010]
According to the present invention, in the semi-coaxial resonator in the charged particle source, the semi-coaxial portion is configured to be movable in the axial direction.
Further, the present invention is characterized in that the semi-coaxial resonator in the charged particle source includes a matching unit for adjusting a resonance state of a microwave in the resonator.
Moreover, the present invention is characterized in that, in the charged particle source, the gas introduced into the plasma chamber is any one of an inert gas and a nitrogen gas.
[0011]
In addition, the present invention provides a semi-coaxial resonator for resonating microwaves, a plasma chamber in which a gas to be converted into plasma is introduced, and a plasma chamber that is installed in a hollow portion facing the semi-coaxial portion of the semi-coaxial resonator. A microwave power introduction window for introducing microwave power resonated by the semi-coaxial resonator, a high frequency antenna for introducing high frequency power into the plasma chamber, and an extraction electrode for extracting charged particles plasmatized in the plasma chamber; A charged particle source including: an optical system that irradiates an object by focusing and deflecting a charged particle beam extracted from an extraction electrode of the charged particle source; and detecting secondary charged particles generated from the object A charged particle beam device comprising a secondary charged particle detector.
According to the present invention, in the charged particle source in the charged particle beam apparatus, the high-frequency antenna is provided in a semi-coaxial portion so as to face the plasma chamber.
According to the present invention, the charged particle source in the charged particle beam apparatus includes high frequency power control means for controlling high frequency power supplied to the high frequency antenna.
[0012]
In the charged particle beam apparatus of the charged particle beam apparatus, the present invention further provides a cusp magnetic field around the inside of the plasma chamber so that electromagnetic waves can propagate to the ECR point in the plasma converted into plasma in the plasma chamber. A cusp magnetic field generating means is provided.
According to the present invention, in the charged particle source in the charged particle beam apparatus, a magnetic field line is further generated so that a high frequency electromagnetic wave generated by the high frequency antenna can propagate through the plasma converted into plasma in the plasma chamber. The magnetic field line generating means is provided.
Further, the present invention is characterized in that, in the charged particle source in the charged particle beam apparatus, the gas introduced into the plasma chamber is any one of an inert gas and a nitrogen gas.
In the charged particle beam apparatus, the present invention further provides a power supply voltage supplied to the extraction electrode of the charged particle source and the optical system so as to switch and irradiate an object with an ion beam and an electron beam. Control means for switching and controlling is provided.
Further, the present invention is characterized in that in the charged particle beam device, there is provided analysis means for performing elemental analysis of a substance formed on a target object by secondary charged particles detected by the secondary charged particle detector. To do.
[0013]
The present invention also provides an inspection process for inspecting defects such as foreign matter generated on a substrate processed in a semiconductor manufacturing line, a semi-coaxial resonator for resonating microwaves, and a semi-coaxial portion of the semi-coaxial resonator. A plasma chamber in which a gas to be converted into plasma is introduced, a microwave power introduction window for introducing microwave power resonated by the semi-coaxial resonator into the plasma chamber, and a high frequency in the plasma chamber A charged particle beam such as an ion beam or an electron beam extracted from a charged particle source having a high-frequency antenna for introducing electric power and an extraction electrode for extracting charged particles plasmad in the plasma chamber is focused by an optical system. Irradiate defects on the substrate inspected in the inspection process, and charged particles or X-rays generated from the defects Defect element analysis step of detecting light with a detector and performing defect elemental analysis, and specifying step of identifying a defect manufacturing process of the semiconductor production line based on the defect element analyzed in the defect elemental analysis step And a failure analysis method characterized by comprising:
The present invention also provides an inspection process for inspecting defects such as foreign matter generated on a substrate processed in a semiconductor manufacturing line, a semi-coaxial resonator for resonating microwaves, and a semi-coaxial portion of the semi-coaxial resonator. A plasma chamber in which a gas to be converted into plasma is introduced, a microwave power introduction window for introducing microwave power resonated by the semi-coaxial resonator into the plasma chamber, and a high frequency in the plasma chamber A charged particle beam such as an ion beam extracted from a charged particle source having a high-frequency antenna for introducing electric power and an extraction electrode for extracting charged particles plasmad in the plasma chamber is focused by an optical system (and further deflected). The defect exposure step of irradiating the defect area on the substrate inspected in the inspection step to expose the defect A defect element analysis step for performing element analysis on the defect exposed in the defect exposure step, and a specification for identifying a defect manufacturing step of the semiconductor manufacturing line based on the element of the defect analyzed in the element analysis step of the defect A failure analysis method characterized by comprising a process.
[0014]
In addition, the present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device in which a semiconductor device is manufactured by processing a substrate on a semiconductor manufacturing line, and an inspection for inspecting defects such as foreign matters generated on the substrate processed in the semiconductor manufacturing line. A plasma chamber in which a gas to be converted into plasma is introduced, and a semi-coaxial resonator for resonating microwaves, a semi-coaxial resonator disposed in a cavity facing the semi-coaxial portion of the semi-coaxial resonator, and the semi-coaxial in the plasma chamber A microwave power introduction window for introducing microwave power resonated by a resonator, a high frequency antenna for introducing high frequency power into the plasma chamber, and an extraction electrode for extracting charged particles plasmatized in the plasma chamber A charged particle beam such as an ion beam or electron beam extracted from a charged particle source is transmitted by an optical system. Irradiating a defect on the substrate inspected in the inspection step by bundling, and detecting a charged particle or X-ray or light generated from the defect with a detector to perform an elemental analysis of the defect; and The defect manufacturing process of the semiconductor manufacturing line is specified based on the defect element analyzed in the defect element analysis process, and the factor causing the defect is reduced or eliminated by feeding back to the specified defect manufacturing process. And a control process for controlling the semiconductor device.
[0015]
In addition, the present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device in which a semiconductor device is manufactured by processing a substrate on a semiconductor manufacturing line, and an inspection for inspecting defects such as foreign matters generated on the substrate processed in the semiconductor manufacturing line. A plasma chamber in which a gas to be converted into plasma is introduced, and a semi-coaxial resonator for resonating microwaves, a semi-coaxial resonator disposed in a cavity facing the semi-coaxial portion of the semi-coaxial resonator, and the semi-coaxial in the plasma chamber A microwave power introduction window for introducing microwave power resonated by a resonator, a high frequency antenna for introducing high frequency power into the plasma chamber, and an extraction electrode for extracting charged particles plasmatized in the plasma chamber A charged particle beam such as an ion beam extracted from a charged particle source is focused by an optical system (and further polarized). Irradiating a defect region on the substrate inspected in the inspection step to expose the defect, and a defect element for performing elemental analysis on the defect exposed in the defect exposure step The defect manufacturing process of the semiconductor manufacturing line is identified based on the analysis element and the defect element analyzed in the element analysis process of the defect, and the factor causing the defect is reduced by feeding back to the identified defect manufacturing process. Or a control process for controlling to remove the semiconductor device.
[0016]
As described above, according to the above-described configuration, the gas sealed in the plasma chamber installed inside the resonator is converted into plasma by resonating the microwave with a semi-coaxial resonator having no cutoff frequency depending on the size of the resonator. By doing so, a high density plasma is generated locally, and an ion beam current over a wide range of several pA to several nA can be obtained. Or rough machining of a wide area at high speed.
If the ion beam current in a wide range is to be changed only by the microwave power, a microwave power source that can be stably and continuously changed from several tens of W to several thousand W is required. However, the maximum passing power of a realistic coaxial line is 200 to 300 W, and it is impossible to supply more power. Therefore, in the present invention, in addition to the microwave power, high-frequency power having a frequency lower than the microwave frequency of several hundreds k to several hundred MHz is simultaneously applied from the high-frequency antenna to the plasma in the plasma chamber to thereby increase the plasma density. The ion beam current required for FIB processing can be obtained by a 200 to 300 W microwave power source + high frequency power source.
[0017]
Therefore, by simultaneously supplying high-frequency power to the plasma in addition to the microwave, it is possible to control the beam current that has the same performance as the conventional beam current control using the aperture and does not emit impurities or foreign matters. . The ions from the conventional LMIS are metal ions, but in the case of a plasma ion source, a gas is used. Therefore, if a gas species that does not become an impurity to the semiconductor is selected, the ions themselves become a contamination source. The fact that this is not the case is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-320670.
[0018]
As described above, according to the present invention, a beam current can be continuously changed without using an aperture, and a charged particle source and a charged particle beam apparatus that do not generate impurities and foreign matters can be realized. Analysis and processing can be performed with the current, that is, the beam diameter.
In addition, according to the present invention, it is possible to perform analysis and processing with an optimum beam current, that is, a beam diameter, using a charged particle beam that does not generate impurities and foreign matters. It is possible to improve the yield and quality of semiconductor devices and the like by accurately identifying the manufacturing process in which a defect such as a foreign substance is generated and reducing or eliminating the cause of the defect at an early stage.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.
First, a first embodiment of a plasma charged particle source according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7, 12, and 14. In the following description, a plasma ion source will be described. Naturally, the plasma charged particle source can be used as a plasma electron beam source as well as a plasma ion source as will be described later.
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an essential part of a first embodiment of an ion source in which a gas is converted into plasma by a semi-coaxial resonator and a slit according to the present invention. 1 in FIG. 1 is a semi-coaxial resonator formed of a material such as aluminum. Reference numeral 2 denotes a microwave introducing coaxial connector including an antenna 2 a for introducing a microwave into the semi-coaxial resonator 1. Reference numeral 3 denotes a movable center conductor forming a semi-coaxial portion. Reference numeral 4 denotes a high-frequency power introduction high-frequency antenna for supplying high-frequency power, which is lower than a microwave frequency such as several hundred k to several hundred MHz, into the plasma chamber 8 and is installed in the movable central conductor 3 which is a semi-coaxial part. ing. A high frequency coaxial cable 5 supplies high frequency power to the high frequency antenna 4. Reference numeral 6 denotes a movable stub matching device composed of a sleeving tuner or the like, which is adjusted to obtain an optimum microwave resonance state in the semi-coaxial resonator 1. Reference numeral 8 denotes a plasma chamber made of quartz, ceramic, or the like, and is installed in a hollow portion facing the semi-coaxial portion of the semi-coaxial resonator 1. That is, a gas to be converted into plasma is introduced from the gas flow path 11 into the plasma chamber 8. Reference numeral 9 denotes a magnet for generating a magnetic field around the inside of the plasma chamber 8 for preventing attenuation of microwave power introduced into the plasma chamber 8. Reference numeral 13 denotes an extraction electrode for extracting ions 23 or electrons 22 that are converted into plasma into the plasma chamber 8. Reference numeral 14 denotes an ion beam (FIB) extracted from the extraction electrode 13. Reference numeral 16 denotes a gas introduction pipe for introducing a gas to be converted into plasma into the plasma chamber 8 from the gas flow path 11. A high-frequency power control device (not shown) that supplies the high-frequency antenna 4 with high-frequency power changed to about 0 to 100 W is connected to the high-frequency coaxial cable 5. Reference numeral 10 denotes a linear shaft that guides the movable central conductor 3 up and down. Reference numeral 15 denotes a high voltage application terminal for applying a high voltage to the sli tab tuner 6.
[0020]
The gas introduced from the gas introduction pipe 16 flows into the plasma chamber 8 through the gas flow path 11 provided in the plasma chamber 8. This gas is turned into plasma by the microwave introduced through the microwave introduction window (slit) 30, and ions are extracted through a hole opened in the extraction electrode 13 to be an ion source. The extracted ions are focused by the optical system 101 shown in FIG. 14 and irradiated onto the object 102 to be processed or analyzed. The introduced gas is composed of an inert gas such as neon, krypton, argon, or Zenon, or a nitrogen gas.
By the way, since microwaves, which are electromagnetic waves, travel through space, a three-dimensional circuit must be used unlike a normal electric circuit. Also in this plasma ion source, the microwave is propagated from the antenna 2a of the coaxial cable 2 to the semi-coaxial resonator 1 which is a three-dimensional circuit, and the microwave is resonated in the resonator 1 to generate power of about 200 to 300 W in the plasma chamber. 8 is supplied to the plasma through the microwave introduction window 30. As shown in FIG. 2, there are two types of coaxial cavity resonators, a coaxial resonator and a semi-coaxial resonator, depending on the resonance wavelength. In the present invention, the plasma chamber 8 in FIG. 1 is installed in the resonator. In order to do so, it becomes the form of a semi-coaxial resonator. The resonance length of the semi-coaxial resonator 1 is 3/4 wavelength, which is longer than the coaxial resonator by 1/4 wavelength. The characteristic impedance of the coaxial resonator is determined by the ratio of a and b in the figure. For example, since the wavelength of the microwave of 2.45 GHz is 122 mm, the semi-coaxial resonator 1 has a resonator length of about 91 mm.
[0021]
Now, gas is flowed into the plasma chamber 8. Next, when a microwave is introduced from the antenna 2 a into the semi-coaxial resonator 1, a microwave resonance state occurs inside the semi-coaxial resonator 1. Since the microwave does not propagate inside the plasma chamber 8 as it is, the movable central conductor 3 is pulled up to expose the plasma chamber 8 inside the resonator 1 as shown in FIG. As a result, the microwave electric field propagates to the gas inside the plasma chamber 8 through a gap (microwave introduction window), that is, a slit (microwave introduction window) 30 between the bottom of the resonator 1 and the movable central conductor 3. Since the microwave resonance state is shifted by pulling up the movable center conductor 3, the microwave electric field is efficiently propagated to the gas in the plasma chamber 8 by adjusting the position of the movable center conductor 3 in the vertical direction to the resonance position. Gas atoms or molecules are ionized to form plasma 7. Since the resonance state of the microwave is shifted again by the ignition of the plasma 7, the position of the movable central conductor 3 or the position of the three rods of the three stub tuner 6, which is a kind of the movable stub matching device (inside the resonator) The resonance state is optimized by adjusting the amount to be supplied to the plasma 7 and the microwave power is efficiently supplied to the plasma 7.
[0022]
By the way, there is a need for defect analysis in which, for example, a defect such as a foreign matter generated on a wafer in a semiconductor manufacturing line is subjected to elemental analysis or the like to find out the cause of the defect. Therefore, for example, in FIB processing, high-precision fine processing and a wide range of high-speed rough processing are required, and the ion beam current can be continuously changed over a wide range of several pA to several nA, that is, any ion There has been a demand for a plasma ion source capable of obtaining a beam current.
Therefore, if the microwave power is increased to increase the ion beam current, the plasma density increases, but as the density increases, the upper limit (cutoff frequency) of the electromagnetic wave that can propagate inside the plasma changes in proportion to the density. To do. For this reason, in the present invention, a magnet 9 that generates, for example, an octupole cusp magnetic field as shown in FIG. 4A along the wall in the plasma chamber 8 is arranged at the position shown in FIG. Reference numeral 18 denotes a yoke. As shown in FIG. 4B, the cusp magnetic field utilizes the fact that an electromagnetic wave can propagate in the plasma to the electron cyclotron resonance ECR (Electron Cyclotron Resonance) point along the magnetic field line regardless of the cutoff frequency. Thereby, the supply limit of the microwave power is determined by the capacity of the microwave power supply system.
[0023]
However, as described above, if the current range of FIB (a wide range of several pA to several nA) is controlled only by the microwave power supply, a large capacity power supply is required, which is not practical. Therefore, in the present invention, high-frequency power is supplied to the high-frequency antenna 4 provided inside the movable central conductor 3 through the high-frequency cable 5 so that a high beam current can be obtained even when the microwave power is low. FIG. 5 shows changes in the ion beam current when a constant microwave power (72 W in FIG. 5) is supplied and a high frequency power is applied. It can be seen that in the case of microwave + high frequency power, the ion beam current greatly increases as the high frequency power increases, compared to the case of only microwave power (when the high frequency power is 0 W). On the other hand, as a result of measuring the energy width of the ion beam by the retarding method, it can be seen that the energy width increases when a high frequency is applied.
Therefore, according to the present embodiment, as shown in FIG. 6, in the conventional beam current control method using an aperture, the beam width increases as the current increases, and the energy width increases as the beam current increases. As a result, the beam diameter increases. However, in the conventional beam current control method using the aperture, since the beam always hits the aperture, there is a possibility that impurities may be generated by sputtering, and foreign matter may be generated due to the movement of the aperture. Therefore, there is no problem, and there is an advantage that the beam current can be continuously controlled as the high frequency power increases.
[0024]
The FIB apparatus provided with the plasma charged particle source described above is configured as shown in FIG. That is, 103 is the plasma charged particle source shown in FIGS. The ions 23 converted into plasma in the plasma chamber 8 are extracted by the power supply voltage 31 a applied to the extraction electrode 13 with respect to the reference electrode 24 and applied between the extraction electrode 13 and the condenser lens 25. It is accelerated by the power supply voltage 32a. By the way, by making the ion extraction port of the extraction electrode 13 smaller in diameter than the thickness of the ion sheath, plasma does not diffuse from the extraction port to the acceleration electrode side. Since it is only necessary to apply a relatively small voltage 31a for extracting the electrode 23, it is possible to prevent the extraction electrode 13 from being sputtered and generating foreign matter. That is, apertureless can be realized. That is, by applying a voltage 31a to the extraction electrode 13 with respect to the reference electrode 24 installed in the plasma 7, an electric field is efficiently applied to the plasma 7, and the maximum number of ions 23 are extracted at a low voltage of about several tens of volts. Therefore, dielectric breakdown does not occur in the vicinity of the extraction electrode 13.
[0025]
The optical system 101 includes the condenser lens 25, the deflection electrode 26, and the object lens 27. Reference numerals 33 a, 34 a, and 35 a denote power supply voltages applied to the condenser lens 25 and the object lens 27. These power supply voltages 31a, 32a, 33a, 34a, and 35a are configured to be controllable so that an optimum voltage is given by a control device (not shown). The sample stage 28 on which the optical system 101 and the object 102 are placed is installed in a vacuum chamber (not shown) to be evacuated.
Therefore, by controlling the high-frequency power to the high-frequency antenna 4 provided inside the movable center conductor 3 by a control device (not shown), the ion beam 14 is irradiated with the beam current optimized in a wide range of several pA to several nA. As a result, the beam diameter can be optimized because the energy width increases as the beam current increases. As described above, the ion beam 14 having the beam current and the beam diameter optimized for the high-precision fine processing or the wide-range high-speed rough processing to be processed or analyzed on the object 102 is placed on the sample stage 28. The object (for example, semiconductor wafer 21) 102 placed can be irradiated. Reference numeral 104 denotes a secondary charged particle detector that detects secondary charged particles (secondary ions and secondary electrons) generated from the object 102. The irradiation position of the ion beam 14 with respect to the object 102 can be determined by the secondary charged particle detection signal detected from the secondary charged particle detector 104.
[0026]
Next, an application example in which the above-described FIB apparatus is applied to a semiconductor production line will be described.
For example, in the example in which the FIB apparatus capable of continuously controlling the beam current without generating impurities and foreign matters is used for failure analysis of a semiconductor production line composed of process a, process b, process c,. As shown in FIG. 7, it is discovered by a foreign matter inspection or an appearance inspection apparatus (comprising inspection A, inspection B, inspection C, etc.) inspected on the wafers obtained from the steps a, b and c in the production line. Based on the position data 72 obtained from the database 71 related to the defect 20 such as the foreign matter, the FIB 14 is irradiated in the FIB apparatus, and the secondary charged particle image obtained from the foreign matter 20 detected by the secondary charged particle detector 104 is obtained. Based on this, the shape of the foreign material 20 is observed. Note that the shape of the foreign material 20 may be observed with a scanning electron microscope (SEM). In the step 73 using the FIB apparatus, when the foreign matter 20 adheres to the semiconductor wafer surface 21, a thin oxide film is formed on the outermost surface layer by transporting the wafer in the atmosphere or the like. Is removed and processed by the FIB 14 having a large beam diameter, and then the beam current is reduced (1 μm to 0 μm) to match the size of the foreign matter (about 2 μm to 0.05 μm). The secondary ions sputtered from the surface to about 0.01 μm are subjected to TOF-SIMS analysis 19 to perform elemental analysis of the foreign matter, and the elemental analysis results are registered in the database 71.
[0027]
The defect analysis apparatus specifies the substance generated in which process from the elemental analysis result of the foreign matter registered in the database 71, and applies feedback to the production line as soon as possible to improve the defect. That is, the defect analysis apparatus can grasp the element of the foreign substance from the elemental analysis result of the foreign substance, and as a result, can determine which process the foreign substance has occurred and can identify the process. .
In step 73 using the FIB apparatus, if the foreign matter is present on the lower layer rather than on the surface, the beam current is increased and the cross-section is processed from the upper layer of the foreign matter with the FIB 14 having a large beam diameter. If the TOF-SIMS analysis 19 is carried out by reducing the beam current so that it fits the size of about 2 μm to 0.05 μm and making the beam diameter about 1 μm to 0.01 μm, the defect analysis apparatus similarly A foreign matter generation process can be specified. That is, when the thin oxide film formed on the surface layer of the foreign material 20 is removed or when the cross-section is processed from the upper layer of the foreign material when the foreign material is present on the lower layer, the beam current is increased. It is possible to execute at high speed by significantly increasing the beam diameter (about 1 μm to several tens of μm). In analyzing foreign matter, instead of the conventional gallium ion, it is a gas ion from an ion source using plasma (ion based on an inert gas such as neon, krypton, argon, Zenon, or nitrogen). In addition, since current control is performed without using an aperture, it is also characterized in that element analysis and a defective process can be identified with high accuracy without contaminating the wafer with impurities.
[0028]
Next, a second embodiment of the plasma ion source according to the present invention will be described with reference to FIGS. 5, 6, 8, 9, 12, and 14.
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a main part of a second embodiment of an ion source in which a gas is converted into plasma by a semi-coaxial resonator and a slit according to the present invention. The second embodiment is different from the first embodiment in that inert gases such as neon, krypton, argon, and Zenon in the plasma chamber 8 are microwaved using the semi-coaxial resonator 1 and the slit 30. In a plasma ion source that converts either gas or nitrogen gas into plasma and extracts ions from a hole opened in the extraction electrode 13, a magnetic field is generated in the vertical direction above the high-frequency power introduction high-frequency antenna 4 that controls the ion beam current. A magnet 17 is installed. A high-frequency electromagnetic wave generated from the high-frequency antenna 4 by the magnetic lines of the magnet 17 propagates into the plasma in the whistler mode, thereby increasing the supply efficiency of the high-frequency power. The Whistler mode is a mode when an electromagnetic wave propagates in plasma. Thus, by installing the magnet 17, it becomes possible to increase the supply efficiency of the high-frequency power by the high-frequency power introduction high-frequency antenna 4, and the beam current (pA) and the energy width ( eV) can be increased. Therefore, as shown in FIG. 6, the beam current (pA) can be continuously changed, and as a result, the beam diameter can be continuously changed as the energy width (eV) increases, It is possible to realize optimal processing, analysis processing, etc. to 102 (21).
[0029]
Next, an application example in which the above-described FIB apparatus is applied to a semiconductor production line will be described.
For example, using an FIB apparatus capable of continuously controlling the beam current without generating the impurities and foreign matters, if used for failure analysis of a semiconductor production line consisting of step a, step b, step c,. As shown in FIG. 9, in step 74, a scanning type is used to detect foreign matter found by foreign matter inspection and appearance inspection devices (inspection A, inspection B, inspection C, etc.) in the production line based on position data 72 in database 71. The shape is observed with an electron microscope (SEM). If a foreign substance adheres to the surface layer, a thin oxide film is formed on the outermost surface layer by, for example, transporting the wafer in the atmosphere. Therefore, in step 75 using the FIB apparatus, the FIB 14 is irradiated and the secondary layer is irradiated. Positioning based on the secondary charged particle image obtained from the foreign matter detected by the charged particle detector 104, the beam current is increased to the thin oxide film adhering to the surface layer of the foreign matter and the FIB 14 having a large beam diameter is irradiated. Then, removal processing is performed. Thereafter, in step 76 using the FIB apparatus, the beam current is reduced so as to match the size of the foreign matter (about 2 μm to 0.05 μm), the beam diameter is set to about (1 μm to 0.01 μm), and Auger electron spectroscopy of the cross section is performed. By performing (AES = Auger Electron Spectroscopy) analysis, elemental analysis of the foreign matter is performed, and the result is registered as the database 71.
[0030]
The defect analysis device identifies the process material from the elemental analysis result of the foreign matter registered as the database 71, and applies feedback to improve the defect as soon as possible. Further, when the foreign matter is not on the surface but is present below the surface, the beam current is increased and the cross-section is processed from the upper layer of the foreign matter by the FIB 14 having a large beam diameter, and then the foreign matter (for example, 2 μm to 0 μm). If the AES analysis is performed by reducing the beam current so as to fit the size of about .05 μm and making the beam diameter (about 1 μm to 0.01 μm), the defect analysis apparatus similarly identifies the foreign matter generation process. be able to. It should be noted that, when performing cross-section processing of foreign matter, it is a gas ion from an ion source using plasma instead of the conventional gallium ion, and current control without using an aperture, so the wafer is not contaminated with impurities, and accuracy is ensured. It is also characterized by good elemental analysis and identification of defective processes.
[0031]
Next, a third embodiment of the plasma ion source according to the present invention will be described with reference to FIGS. 5, 6, 8, 9, 12, and 14.
FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing a main part of a third embodiment of an ion source in which a gas is converted into plasma by a semi-coaxial resonator and a slit according to the present invention. The third embodiment is different from the first embodiment in that inert ions such as neon, krypton, argon, and Zenon in the plasma chamber 8 are microwaved by using the semi-coaxial resonator 1 and the slit 30. In the plasma ion source that converts either gas or nitrogen gas into plasma and extracts ions from the hole opened in the extraction electrode 13, the magnet 9 that generates the cusp magnetic field is removed, and the ion beam current is controlled above the high frequency antenna 4. A magnet 17 that generates a magnetic field only in the vertical direction is installed. By removing the magnet 9, the disturbance of the vertical magnetic field lines of the magnet 17 is reduced and the supply efficiency of the high-frequency electromagnetic wave to the Whistler mode plasma is increased.
[0032]
Next, an application example in which the above-described FIB apparatus is applied to a semiconductor production line will be described.
For example, using an FIB apparatus capable of continuously controlling the beam current without generating the impurities and foreign matters, if used for failure analysis of a semiconductor production line consisting of step a, step b, step c,. As shown in FIG. 11, in step 74, the scanning type electronic device detects foreign matter found by foreign matter inspection or appearance inspection equipment (inspection A, inspection B, inspection C, etc.) in the production line based on position data 72 in database 71. The shape is observed with a microscope. If foreign matter adheres to the surface layer of the semiconductor wafer, a thin oxide film is formed on the outermost surface layer by, for example, transporting the wafer in the atmosphere. Therefore, the FIB 14 is irradiated in step 75 using the FIB apparatus. Positioning is performed based on the secondary charged particle image obtained from the foreign matter detected by the secondary charged particle detector 104, and the beam current is increased by increasing the beam current in the thin oxide film adhering to the surface layer of the foreign matter. Removal processing is performed by irradiating the FIB 14. Thereafter, in step 77 using the FIB apparatus, the beam current is reduced so as to match the size of the foreign matter (for example, about 2 μm to 0.05 μm) to reduce the beam diameter to about 1 μm to 0.01 μm, The elemental analysis of the foreign matter is performed by performing the EDX analysis, and the result is registered as the database 71.
[0033]
The defect analysis device identifies the process material from the elemental analysis result of the foreign matter registered as the database 71, and applies feedback to improve the defect as soon as possible. Further, when the foreign matter exists in the lower layer than the surface, the beam current is increased and the cross section is processed from the upper layer of the foreign matter with the FIB 14 having a large beam diameter, and then the foreign matter (for example, about 2 μm to 0.05 μm). If the EDX analysis is performed by reducing the beam current so as to match the size of the beam and setting the beam diameter to about (1 μm to 0.01 μm), the defect generation process can be similarly identified in the defect analysis apparatus. It should be noted that, when performing cross-section processing of foreign matter, it is a gas ion from an ion source using plasma instead of the conventional gallium ion, and current control without using an aperture, so the wafer is not contaminated with impurities, and accuracy is ensured. It is also characterized by good elemental analysis and identification of defective processes.
[0034]
After the position of the foreign matter is specified by the inspection devices A, B, and C as described above, the shape of the foreign matter is confirmed by the SEM or FIB device, the beam current is increased, and the cross section of the foreign matter is checked by the FIB 14 having a large beam diameter. After processing, TOF-SIMS, AES, EDX analysis is performed by reducing the beam current to fit the size of the foreign material (for example, about 2 μm to 0.05 μm) and reducing the beam diameter to about 1 μm to 0.01 μm. By performing elemental analysis of foreign matter using a surface analysis method such as the above and registering the elemental analysis result of foreign matter in the database 71, it is possible to identify in which process of the semiconductor manufacturing line the foreign matter has occurred in the defect analysis apparatus Analysis can be performed. Note that a failure analysis apparatus that identifies a failure process can be configured by connecting to an analysis apparatus (including an FIB processing apparatus) and inspection apparatuses A, B, and C via a network. Further, the failure analysis apparatus can be installed in an analysis apparatus (including an FIB processing apparatus).
Further, the SEM or FIB apparatus for confirming the shape of a foreign substance or the like can be configured by the same apparatus as the analysis apparatus, as will be described later.
[0035]
Next, an embodiment of an SEM apparatus using the plasma charged particle source according to the present invention will be described.
In the first to third embodiments, since the voltage to the extraction electrode 13 is set to a negative potential with respect to the plasma potential as the plasma charged particle source, the positive ions 23 in the plasma 7 are extracted. Operated as FIB14.
[0036]
On the other hand, in the plasma 7, there are electrons 22 generated as a result of ionization of a gas composed of an inert gas such as neon, krypton, argon, or Zenon, or a nitrogen gas. Accordingly, when the voltage to the extraction electrode 13 given by the power supply voltage 31b is set to a positive potential with respect to the plasma potential given by the reference electrode 24, the electrons 22 can be extracted and operate as an electron source. By the way, in Auger spectroscopic analysis and EDX analysis that have been used to analyze foreign substances, a lens barrel for generating a focused electron beam such as SEM is required as a primary beam for irradiating the analysis surface. According to the present invention, as shown in FIGS. 12A and 12B, the polarity of the voltage to the extraction electrode 13 of the plasma charged particle source, the condenser lens 25 of the ion optical system 101, the object lens 27, the deflection control system. The function of the FIB in which the FIB 14 is applied to the object 102 (21) is changed to the function of the SEM in which the electron beam 29 is applied to the object 102 (21) simply by changing the polarity of the voltage 26. Is no longer necessary. That is, the electrons 22 plasmified in the plasma chamber 8 of the plasma charged particle source 103 configured as shown in FIG. 1 and FIG. 3 or FIG. 8 or FIG. 10 are applied to the extraction electrode 13 with respect to the reference electrode 24. It is extracted by the power supply voltage 31 b and accelerated by the power supply voltage 32 b applied between the extraction electrode 13 and the condenser lens 25. By the way, by making the electron extraction port of the extraction electrode 13 smaller in diameter than the thickness of the electron sheath, the plasma does not diffuse from the extraction port to the acceleration electrode side. It is only necessary to apply a relatively small voltage 31b for extracting 22. That is, by applying a voltage 31b to the extraction electrode 13 with respect to the reference electrode 24 installed in the plasma 7, an electric field is efficiently applied to the plasma 7, and the maximum number of electrons 22 is extracted at a low voltage of about several tens of volts. Therefore, dielectric breakdown does not occur in the vicinity of the extraction electrode 13. Reference numerals 33b, 34b, and 35b denote power supply voltages applied to the condenser lens 25 and the object lens 27. The power supply voltages 31b, 32b, 33b, 34b, and 35b are configured to be controllable so that an optimum voltage is given by a control device (not shown).
The control device can also switch between the power supply voltage 31a and the power supply voltage 31b, the power supply voltage 32a and the power supply voltage 32b, the power supply voltage 33a and the power supply voltage 33b, the power supply voltage 34a and the power supply voltage 34b, and the power supply voltage 35a and the power supply voltage 35b. It is configured.
[0037]
Next, an application example of the FIB apparatus according to the present invention to a semiconductor production line will be described.
For example, as shown in FIG. 13, it was discovered by a foreign substance inspection or appearance inspection apparatus (inspection A, inspection B, inspection C, etc.) in a semiconductor manufacturing line consisting of step a, step b, step c,. In step 78, using the FIB apparatus based on the position data 72 of the database 71, the voltage 31b to the extraction electrode 13 is positive with respect to the plasma potential, and the voltage of the ion optical system 101 is used to focus the electrons. As an SEM for irradiating the object 102 (21) to which the foreign matter is attached with the electron beam 29 and detecting secondary electrons generated from the object 102 (21) by the charged particle detector 104. The function is performed, and the shape of the foreign matter is observed based on the detected secondary electron image.
If a foreign substance adheres to the surface, a thin oxide film is formed on the outermost surface layer by, for example, transporting the wafer in the atmosphere. Therefore, in step 79 using the FIB apparatus, the voltage to the extraction electrode 13 is Is negative with respect to the plasma potential, the voltage of the ion optical system 101 is switched to a voltage for focusing ions, the beam current is increased, and the FIB 14 having a large beam diameter is irradiated and removed by the FIB function.
[0038]
Then, in step 80 using the FIB apparatus, the extraction voltage and the voltage of the ion optical system 101 are switched again, the beam current is further reduced, the beam diameter is made smaller than that of the foreign matter, and the electron beam 29 is scanned in the cross section from the surface. The elemental analysis of the foreign matter is performed by performing the energy analysis (EDX) of Auger electrons or X-rays to be released, and the elemental analysis result of the foreign matter is registered in the database 71. If the analysis uses an electron beam as the primary beam, the analysis can be performed by methods other than Auger spectroscopic analysis and EDX analysis. Then, in the failure analysis apparatus, it is specified in which process the substance is generated from the analysis result, and feedback is applied to the line as soon as possible to improve the failure.
If foreign matter is present below the surface, in step 79 using the FIB apparatus, the voltage to the extraction electrode 13 is made negative with respect to the plasma potential, and the voltage of the ion optical system 101 is focused. The beam current is increased to irradiate the FIB 14 having a large beam diameter, and the cross section is processed from the upper layer of the foreign matter by the FIB function. Thereafter, in step 80 using the FIB apparatus, the extraction voltage and the voltage of the ion optical system 101 are switched again, the beam current is reduced to make the beam diameter smaller than the foreign matter, and the electron beam 29 is scanned across the cross section to obtain the SEM. If the Auger spectroscopic analysis is performed using the function, the foreign matter generation process can be similarly specified in the defect analysis apparatus.
[0039]
In addition, current control is performed by plasma density control that does not generate impurities or foreign matters even during the SEM function, and gas ions from an ion source using plasma instead of conventional gallium ions are used for cross-section processing of foreign matters during the FIB function. In addition, since current control is performed without using an aperture, it is also characterized in that element analysis and a defective process can be identified with high accuracy without contaminating the wafer with impurities.
In this embodiment, naturally, SEM observation / FIB processing / analysis can be carried out in one apparatus. However, in the embodiment shown in FIGS. 7, 9, and 11 as well, SEM observation / FIB processing / analysis 2 is performed. If more than one can be carried out in the same device, it is possible to shorten the time for foreign matter analysis by shortening the transport time between devices including the vacuum exhaust time and the positioning time for foreign matter, etc.In addition, there is also the effect that the device occupation area can be reduced, It goes without saying that this is a desirable form as an analysis device.
[0040]
【The invention's effect】
According to the present invention, the microwave power supplied from the microwave power source to the semi-coaxial resonator converts the gas in the plasma chamber installed inside the semi-coaxial resonator into plasma, and locally generates high-density plasma. By supplying high-frequency power to the plasma through a high-frequency antenna provided inside the movable central conductor and simultaneously increasing the density of the plasma by supplying high-frequency power simultaneously with the microwave, a high beam current can be generated. A wide range of beam currents of about several nA can be obtained, and there is an effect that analysis or processing can be performed with an optimum beam current, that is, a beam diameter, using a charged particle beam that does not generate impurities and foreign matters.
In addition, according to the present invention, it is possible to perform analysis and processing with an optimum beam current, that is, a beam diameter, using a charged particle beam that does not generate impurities and foreign matters. It is possible to improve the yield and quality of semiconductor devices and the like by accurately identifying the manufacturing process in which a defect such as a foreign substance is generated and reducing or eliminating the cause of the defect at an early stage.
[0041]
In addition, according to the present invention, cross-section processing can be performed without generating impurities and foreign matter, and when applied to defect analysis of a semiconductor production line, the position data of foreign matter found in a foreign matter inspection device or appearance inspection device. Based on the above, it has become possible to perform elemental analysis of foreign matters by means of cross-section processing and analysis equipment of foreign matters. As a result, it is possible to identify a defective process in which foreign matter has occurred, and to obtain a beam current of several pA to several nA necessary for FIB processing without using an aperture. In addition, the generation of impurities and foreign matters can be suppressed by using no aperture.
In addition, according to the present invention, the FIB apparatus can perform cross-section processing and oxide film removal processing for exposing defects such as foreign matter without generating impurities or foreign matter, and can be used for failure analysis of semiconductor manufacturing lines. When applied, it is possible to perform elemental analysis of defects such as foreign substances by processing and analysis equipment that exposes defects such as foreign substances based on position data of defects such as foreign substances discovered by foreign substance inspection devices and visual inspection devices. As a result, there is an effect that it is possible to specify a defective manufacturing process that generates defects such as foreign matter.
[0042]
In addition, according to the present invention, by the switching operation of the FIB and SEM functions in the charged particle beam apparatus, analysis such as Auger spectroscopic analysis and EDX analysis, which conventionally required a separate primary electron beam column for analysis, is the same. It has become possible to use a charged particle beam device. This ensures the space around the sample to be analyzed, prevents the axial displacement of the FIB and the primary beam for analysis, shortens the time for foreign matter analysis by shortening the transport time between devices including the vacuum exhaust time and the positioning time for foreign matter, etc. Can now be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a principal part showing a first embodiment of a plasma charged particle source according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of a coaxial resonator and a semi-coaxial resonator according to the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the main part showing the operation of the first embodiment of the plasma charged particle source shown in FIG. 1;
4 is a diagram showing a magnet arrangement and magnetic flux density distribution for generating the cusp magnetic field shown in FIG. 1; FIG.
FIG. 5 is a diagram showing the dependence of the ion beam current and energy width on a high-frequency power introduced from a high-frequency antenna with a constant microwave power applied.
FIG. 6 is a diagram showing a comparison of characteristics between a control method of the present invention and a control method using a conventional aperture.
FIG. 7 is a diagram for explaining an application example in which the first embodiment of the plasma charged particle source according to the present invention is applied to a semiconductor production line;
FIG. 8 is a cross-sectional view of a principal part showing a second embodiment of a plasma charged particle source according to the present invention.
FIG. 9 is a diagram for explaining an application example in which the second embodiment of the plasma charged particle source according to the present invention is applied to a semiconductor production line;
FIG. 10 is a cross-sectional view of a principal part showing a third embodiment of a plasma charged particle source according to the present invention.
FIG. 11 is a diagram for explaining an application example in which the third embodiment of the plasma charged particle source according to the present invention is applied to a semiconductor production line;
FIG. 12 is a diagram for explaining a configuration in which the FIB function and the SEM function are switched by switching the power supply voltage as the charged particle beam apparatus according to the present invention.
FIG. 13 is a diagram for explaining an application example to a semiconductor manufacturing line when a charged particle beam apparatus according to the present invention has an SEM function.
FIG. 14 is a view showing a charged particle beam apparatus provided with a plasma charged particle source and an optical system according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semi-coaxial resonator, 2 ... Microwave introduction | transduction coaxial connector, 2a ... Antenna, 3 ... Movable center conductor, 4 ... High frequency antenna for high frequency electric power introduction, 5 ... High frequency coaxial cable, 6 ... Slew tab tuner (movable stub matching 7) Plasma, 8 ... Plasma chamber, 9 ... Magnet, 10 ... Linear shaft, 11 ... Gas flow path, 12 ... High voltage cable, 13 ... Extraction electrode, 14 ... Ion beam (FIB), 15 ... High voltage Application terminal, 16 ... gas introduction tube, 17 ... magnet, 18 ... yoke, 19 ... TOF-SIMIS, 20 ... foreign matter, 21 ... surface of semiconductor wafer, 22 ... electron, 23 ... ion, 24 ... reference electrode, 25 ... condenser lens 26 ... Deflection control system, 27 ... Object lens, 28 ... Sample stage, 29 ... Electron beam
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Optical system, 102 ... Object, 103 ... Plasma charged particle source, 104 ... Secondary charged particle detector

Claims (17)

マイクロ波を共振させる半同軸共振器と、
該半同軸共振器の半同軸部分に対向する空洞部分に設置され、プラズマ化するガスが導入されるプラズマチャンバと、
該プラズマチャンバ内に前記半同軸共振器によって共振されたマイクロ波電力を導入するマイクロ波電力導入窓と、
前記プラズマチャンバ内に高周波電力を導入する高周波アンテナと、
前記プラズマチャンバ内でプラズマ化された荷電粒子を引き出す引き出し電極とを備え
前記高周波アンテナを前記プラズマチャンバに対向するように半同軸部分に設けたことを特徴とする荷電粒子源。
A semi-coaxial resonator that resonates microwaves;
A plasma chamber installed in a hollow portion facing the semi-coaxial portion of the semi-coaxial resonator and into which a gas to be converted into plasma is introduced;
A microwave power introduction window for introducing microwave power resonated by the semi-coaxial resonator into the plasma chamber;
A high frequency antenna for introducing high frequency power into the plasma chamber;
An extraction electrode for extracting charged particles plasmatized in the plasma chamber ;
A charged particle source characterized in that the high-frequency antenna is provided in a semi-coaxial portion so as to face the plasma chamber .
前記高周波アンテナに供給する高周波電力を制御する高周波電力制御手段を備えたことを特徴とする請求項記載の荷電粒子源。Charged particle source according to claim 1, further comprising a high frequency power control means for controlling the high frequency power supplied to the high frequency antenna. 更に、前記プラズマチャンバ内でプラズマ化されたプラズマ内を電磁波がECRポイントまで伝搬できるように前記プラズマチャンバ内の周囲にカスプ磁場を形成するカスプ磁場発生手段を備えたことを特徴とする請求項1または記載の荷電粒子源。2. A cusp magnetic field generating means for forming a cusp magnetic field around the inside of the plasma chamber so that an electromagnetic wave can propagate to the ECR point in the plasma converted into plasma in the plasma chamber. Or the charged particle source of 2 . 更に、前記高周波アンテナによって発生した高周波の電磁波が、前記プラズマチャンバ内でプラズマ化されたプラズマ中を伝搬できるような磁力線を発生させる磁力線発生手段を備えたことを特徴とする請求項1または2または記載の荷電粒子源。3. The apparatus according to claim 1 or 2, further comprising magnetic field lines generating means for generating magnetic field lines that allow high-frequency electromagnetic waves generated by the high-frequency antenna to propagate through plasma that has been converted into plasma in the plasma chamber. 3. The charged particle source according to 3 . 前記半同軸共振器において、半同軸部分を軸方向に可動に構成したことを特徴とする請求項1または2または3または記載の荷電粒子源。5. The charged particle source according to claim 1, 2, 3, or 4 , wherein in the semi-coaxial resonator, the semi-coaxial portion is configured to be movable in an axial direction. 前記半同軸共振器において、該共振器内のマイクロ波の共振状態を調整する整合器を備えたことを特徴とする請求項1または2または3または記載の荷電粒子源。The charged particle source according to claim 1, 2, 3, or 4, wherein the semi-coaxial resonator includes a matching unit that adjusts a resonance state of a microwave in the resonator. 前記プラズマチャンバ内に導入されるガスとして、不活性ガスや窒素ガスの何れかのガス種であることを特徴とする請求項1または2または3または記載の荷電粒子源。Wherein as a gas to be introduced into the plasma chamber, according to claim 1 or 2 or 3 or charged particle source according 4, characterized in that any of the gas species of the inert gas or nitrogen gas. マイクロ波を共振させる半同軸共振器と該半同軸共振器の半同軸部分に対向する空洞部分に設置され、プラズマ化するガスが導入されるプラズマチャンバと該プラズマチャンバ内に前記半同軸共振器によって共振されたマイクロ波電力を導入するマイクロ波電力導入窓と前記プラズマチャンバ内に高周波電力を導入する高周波アンテナと前記プラズマチャンバ内でプラズマ化された荷電粒子を引き出す引き出し電極とを備え、前記高周波アンテナを前記プラズマチャンバに対向するように半同軸部分に設けた荷電粒子源と、
該荷電粒子源の引き出し電極から引き出された荷電粒子ビームを集束、偏向させて対象物に照射する光学系と、
前記対象物から発生した2次荷電粒子を検出する2次荷電粒子検出器とを設けたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
A semi-coaxial resonator for resonating microwaves, a plasma chamber in which a gas to be converted into plasma is introduced, and a semi-coaxial resonator in the plasma chamber. and an extraction electrode to draw charged particles into plasma and the high frequency antenna to introduce the high-frequency power in the plasma chamber to the microwave power introduced windows plasma chamber for introducing a resonant microwave power, the high frequency antenna A charged particle source provided in a semi-coaxial portion so as to face the plasma chamber ;
An optical system for focusing and deflecting the charged particle beam extracted from the extraction electrode of the charged particle source to irradiate the object;
A charged particle beam apparatus comprising a secondary charged particle detector for detecting secondary charged particles generated from the object.
前記荷電粒子源において、前記高周波アンテナに供給する高周波電力を制御する高周波電力制御手段を備えたことを特徴とする請求項記載の荷電粒子ビーム装置。9. The charged particle beam apparatus according to claim 8 , wherein the charged particle source further comprises high frequency power control means for controlling high frequency power supplied to the high frequency antenna. 前記荷電粒子源において、更に、前記プラズマチャンバ内でプラズマ化されたプラズマ内を電磁波がECRポイントまで伝搬できるように前記プラズマチャンバ内の周囲にカスプ磁場を形成するカスプ磁場発生手段を備えたことを特徴とする請求項8または9記載の荷電粒子ビーム装置。The charged particle source further includes cusp magnetic field generating means for forming a cusp magnetic field around the plasma chamber so that electromagnetic waves can propagate to the ECR point in the plasma converted into plasma in the plasma chamber. The charged particle beam apparatus according to claim 8 or 9, characterized in that: 前記荷電粒子源において、更に、前記高周波アンテナによって発生した高周波の電磁波が、前記プラズマチャンバ内でプラズマ化されたプラズマ中を伝搬できるような磁力線を発生させる磁力線発生手段を備えたことを特徴とする請求項8または9または10記載の荷電粒子ビーム装置。The charged particle source further includes a magnetic force line generating means for generating a magnetic force line capable of propagating the high frequency electromagnetic wave generated by the high frequency antenna through the plasma converted into plasma in the plasma chamber. The charged particle beam device according to claim 8, 9 or 10 . 更に、対象物に対してイオンビームと電子ビームとを切り換えて照射するように前記荷電粒子源の引き出し電極、および前記光学系に供給する電源電圧を切り換え制御する制御手段を設けたことを特徴とする請求項8または9または10または11記載の荷電粒子ビーム装置。And a control means for switching and controlling the extraction electrode of the charged particle source and the power supply voltage supplied to the optical system so as to switch and irradiate the target with an ion beam and an electron beam. The charged particle beam device according to claim 8, 9, 10, or 11 . 前記2次荷電粒子検出器によって検出される2次荷電粒子によって対象物に形成された物質の元素分析を行う分析手段を設けたことを特徴とする請求項8または9または10または11または12記載の荷電粒子ビーム装置。The secondary charged particle detector, characterized in that a analysis means for performing elemental analysis of the material formed on the object by the secondary charged particles detected by the claims 8 or 9 or 10 or 11 or 12, wherein Charged particle beam device. 半導体製造ラインで処理される基板上に発生する異物等の欠陥を検査する検査工程と、
マイクロ波を共振させる半同軸共振器と該半同軸共振器の半同軸部分に対向する空洞部分に設置され、プラズマ化するガスが導入されるプラズマチャンバと該プラズマチャンバ内に前記半同軸共振器によって共振されたマイクロ波電力を導入するマイクロ波電力導入窓と前記プラズマチャンバ内に高周波電力を導入する高周波アンテナと前記プラズマチャンバ内でプラズマ化された荷電粒子を引き出す引き出し電極とを備え、前記高周波アンテナを前記プラズマチャンバに対向するように半同軸部分に設けた荷電粒子源から引き出された荷電粒子ビームを光学系によって集束させて前記検査工程で検査された基板上の欠陥に照射し、該欠陥から発生した荷電粒子若しくはX線若しくは光を検出器で検出して欠陥の元素分析を行う欠陥の元素分析工程と、
該欠陥の元素分析工程で分析された欠陥の元素に基づいて前記半導体製造ラインの不良製造工程を特定する特定工程とを有することを特徴とする不良解析方法。
An inspection process for inspecting defects such as foreign matters generated on a substrate processed in a semiconductor production line;
A semi-coaxial resonator for resonating microwaves, a plasma chamber in which a gas to be converted into plasma is introduced, and a semi-coaxial resonator in the plasma chamber. and an extraction electrode to draw charged particles into plasma and the high frequency antenna to introduce the high-frequency power in the plasma chamber to the microwave power introduced windows plasma chamber for introducing a resonant microwave power, the high frequency antenna A charged particle beam extracted from a charged particle source provided in a semi-coaxial portion so as to face the plasma chamber is focused by an optical system to irradiate a defect on the substrate inspected in the inspection step, and from the defect Detecting the generated charged particles, X-rays, or light with a detector and performing defect elemental analysis And a step,
And a specific step of specifying a defective manufacturing step of the semiconductor manufacturing line based on the element of the defect analyzed in the element analyzing step of the defect.
半導体製造ラインで処理される基板上に発生する異物等の欠陥を検査する検査工程と、
マイクロ波を共振させる半同軸共振器と該半同軸共振器の半同軸部分に対向する空洞部分に設置され、プラズマ化するガスが導入されるプラズマチャンバと該プラズマチャンバ内に前記半同軸共振器によって共振されたマイクロ波電力を導入するマイクロ波電力導入窓と前記プラズマチャンバ内に高周波電力を導入する高周波アンテナと前記プラズマチャンバ内でプラズマ化された荷電粒子を引き出す引き出し電極とを備え、前記高周波アンテナを前記プラズマチャンバに対向するように半同軸部分に設けた荷電粒子源から引き出された荷電粒子ビームを光学系によって集束させて前記検査工程で検査された基板上の欠陥領域に照射して、該欠陥を露出させる欠陥露出工程と、
該欠陥露出工程で露出された欠陥について元素分析を行う欠陥の元素分析工程と、
該欠陥の元素分析工程で分析された欠陥の元素に基づいて前記半導体製造ラインの不良製造工程を特定する特定工程とを有することを特徴とする不良解析方法。
An inspection process for inspecting defects such as foreign matters generated on a substrate processed in a semiconductor production line;
A semi-coaxial resonator for resonating microwaves, a plasma chamber in which a gas to be converted into plasma is introduced, and a semi-coaxial resonator in the plasma chamber. and an extraction electrode to draw charged particles into plasma and the high frequency antenna to introduce the high-frequency power in the plasma chamber to the microwave power introduced windows plasma chamber for introducing a resonant microwave power, the high frequency antenna A charged particle beam extracted from a charged particle source provided in a semi-coaxial portion so as to face the plasma chamber is focused by an optical system and irradiated onto a defect region on the substrate inspected in the inspection step, A defect exposure process for exposing defects;
Elemental analysis process of defects for performing elemental analysis on the defects exposed in the defect exposure process;
And a specific step of specifying a defective manufacturing step of the semiconductor manufacturing line based on the element of the defect analyzed in the element analyzing step of the defect.
基板に対して半導体製造ラインで処理して半導体デバイスを製造する半導体デバイスの製造方法において、
前記半導体製造ラインで処理される基板上に発生する異物等の欠陥を検査する検査工程と、
マイクロ波を共振させる半同軸共振器と該半同軸共振器の半同軸部分に対向する空洞部分に設置され、プラズマ化するガスが導入されるプラズマチャンバと該プラズマチャンバ内に前記半同軸共振器によって共振されたマイクロ波電力を導入するマイクロ波電力導入窓と前記プラズマチャンバ内に高周波電力を導入する高周波アンテナと前記プラズマチャンバ内でプラズマ化された荷電粒子を引き出す引き出し電極とを備え、前記高周波アンテナを前記プラズマチャンバに対向するように半同軸部分に設けた荷電粒子源から引き出された荷電粒子ビームを光学系によって集束させて前記検査工程で検査された基板上の欠陥に照射し、該欠陥から発生した荷電粒子若しくはX線若しくは光を検出器で検出して欠陥の元素分析を行う欠陥の元素分析工程と、
該欠陥の元素分析工程で分析された欠陥の元素に基づいて前記半導体製造ラインの不良製造工程を特定し、該特定された不良製造工程にフィードバックして欠陥を発生させる要因を低減または除去するように制御する制御工程とを有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
In a semiconductor device manufacturing method for manufacturing a semiconductor device by processing a substrate on a semiconductor manufacturing line,
An inspection process for inspecting defects such as foreign matters generated on a substrate processed in the semiconductor manufacturing line;
A semi-coaxial resonator for resonating microwaves, a plasma chamber in which a gas to be converted into plasma is introduced, and a semi-coaxial resonator in the plasma chamber. and an extraction electrode to draw charged particles into plasma and the high frequency antenna to introduce the high-frequency power in the plasma chamber to the microwave power introduced windows plasma chamber for introducing a resonant microwave power, the high frequency antenna A charged particle beam extracted from a charged particle source provided in a semi-coaxial portion so as to face the plasma chamber is focused by an optical system to irradiate a defect on the substrate inspected in the inspection step, and from the defect Detecting the generated charged particles, X-rays, or light with a detector and performing defect elemental analysis And a step,
The defect manufacturing process of the semiconductor manufacturing line is specified based on the defect element analyzed in the defect element analysis process, and the factor causing the defect is reduced or eliminated by feeding back to the specified defect manufacturing process. And a control step of controlling the semiconductor device.
基板に対して半導体製造ラインで処理して半導体デバイスを製造する半導体デバイスの製造方法において、
前記半導体製造ラインで処理される基板上に発生する異物等の欠陥を検査する検査工程と、
マイクロ波を共振させる半同軸共振器と該半同軸共振器の半同軸部分に対向する空洞部分に設置され、プラズマ化するガスが導入されるプラズマチャンバと該プラズマチャンバ内に前記半同軸共振器によって共振されたマイクロ波電力を導入するマイクロ波電力導入窓と前記プラズマチャンバ内に高周波電力を導入する高周波アンテナと前記プラズマチャンバ内でプラズマ化された荷電粒子を引き出す引き出し電極とを備え、前記高周波アンテナを前記プラズマチャンバに対向するように半同軸部分に設けた荷電粒子源から引き出された荷電粒子ビームを光学系によって集束させて前記検査工程で検査された基板上の欠陥領域に照射して、該欠陥を露出させる欠陥露出工程と、
該欠陥露出工程で露出された欠陥について元素分析を行う欠陥の元素分析工程と、
該欠陥の元素分析工程で分析された欠陥の元素に基づいて前記半導体製造ラインの不良製造工程を特定し、該特定された不良製造工程にフィードバックして欠陥を発生させる要因を低減または除去するように制御する制御工程とを有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
In a semiconductor device manufacturing method for manufacturing a semiconductor device by processing a substrate on a semiconductor manufacturing line,
An inspection process for inspecting defects such as foreign matters generated on a substrate processed in the semiconductor manufacturing line;
A semi-coaxial resonator for resonating microwaves, a plasma chamber in which a gas to be converted into plasma is introduced, and a semi-coaxial resonator in the plasma chamber. and an extraction electrode to draw charged particles into plasma and the high frequency antenna to introduce the high-frequency power in the plasma chamber to the microwave power introduced windows plasma chamber for introducing a resonant microwave power, the high frequency antenna A charged particle beam extracted from a charged particle source provided in a semi-coaxial portion so as to face the plasma chamber is focused by an optical system and irradiated onto a defect region on the substrate inspected in the inspection step, A defect exposure process for exposing defects;
Elemental analysis process of defects for performing elemental analysis on the defects exposed in the defect exposure process;
The defect manufacturing process of the semiconductor manufacturing line is specified based on the defect element analyzed in the defect element analysis process, and the factor causing the defect is reduced or eliminated by feeding back to the specified defect manufacturing process. And a control step of controlling the semiconductor device.
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