JPH0745227A - Charged-particle-applying analyzer and charged-particle-applying plotter - Google Patents

Charged-particle-applying analyzer and charged-particle-applying plotter

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JPH0745227A
JPH0745227A JP14057793A JP14057793A JPH0745227A JP H0745227 A JPH0745227 A JP H0745227A JP 14057793 A JP14057793 A JP 14057793A JP 14057793 A JP14057793 A JP 14057793A JP H0745227 A JPH0745227 A JP H0745227A
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JP
Japan
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sample
plasma
charged particle
charged
incident
Prior art date
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JP14057793A
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Japanese (ja)
Inventor
Shuji Nakao
修治 中尾
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide a scanning electron microscope(SEM) by which an image of a recess and projection pattern on a surface of a sample can be displayed clearly by preventing accumulation of an electron beam (incident electric charge). on the surface of the sample (semiconductor substrate). CONSTITUTION:A vacuum vessel 31 added outside of a vacuum tank 2 in which a sample 1 is arranged so as to generate plasma 38, is provided. Incident electric charge is neutralized by the plasma 38 on a surface of the sample 1 to be analyzed by radiation of an electron beam 3a.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は荷電粒子応用分析装置
及び荷電粒子応用描画装置に関し、例えば、走査型電子
顕微鏡(SEM;Scanning Electron Microscope)、透
過型電子顕微鏡(TEM;Transmission Electron Micr
oscope)やオージェ電子分光装置(AES;Auger Elec
tron Spectroscopy )、2次イオン質量分析機(SIM
S;Secondery Ion Mass Spectroscopy )、さらに集束
イオンビーム描画装置,電子ビーム露光装置などにおけ
る試料表面でのチャージアップの防止対策に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a charged particle application analysis apparatus and a charged particle application drawing apparatus, for example, a scanning electron microscope (SEM) and a transmission electron microscope (TEM).
oscope) and Auger electron spectroscopy (AES)
tron Spectroscopy) Secondary ion mass spectrometer (SIM
S; Secondery Ion Mass Spectroscopy), and also measures for preventing charge-up on the sample surface in a focused ion beam drawing apparatus, an electron beam exposure apparatus, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】まず、従来の荷電粒子応用装置として代
表的なイオン注入機について説明する。図3は従来のイ
オン注入装置の半導体基板近傍部分の構造を示す概略図
であり、図において、1は真空槽2内に配置された半導
体基板、3は上記半導体基板1上に入射するイオンビー
ム、4は上記真空槽2内のガス圧が所定の真空度となる
よう真空槽2内の排気を行う真空ポンプである。
2. Description of the Related Art First, a typical ion implanter as a conventional charged particle application apparatus will be described. FIG. 3 is a schematic view showing a structure of a portion near a semiconductor substrate of a conventional ion implantation apparatus. In the figure, 1 is a semiconductor substrate placed in a vacuum chamber 2 and 3 is an ion beam incident on the semiconductor substrate 1. Reference numeral 4 denotes a vacuum pump for exhausting the inside of the vacuum chamber 2 so that the gas pressure in the vacuum chamber 2 becomes a predetermined vacuum degree.

【0003】次に動作について説明する。真空槽2はイ
オンビーム3の散乱が無視出来る程度の真空度まで、真
空ポンプ4により排気される。この状態で上記真空槽2
内に配置された半導体基板1上にイオンビーム3が照射
され、これにより半導体基板1へのイオン注入が行われ
る。
Next, the operation will be described. The vacuum chamber 2 is evacuated by the vacuum pump 4 to a degree of vacuum at which the scattering of the ion beam 3 can be ignored. In this state, the vacuum chamber 2
The ion beam 3 is irradiated onto the semiconductor substrate 1 disposed inside, and thus the ion implantation into the semiconductor substrate 1 is performed.

【0004】また、図4は従来の荷電粒子応用装置の他
の例として、走査型電子顕微鏡(SEM)の構成を示す
概略図である。図において、10は半導体ウエハや半導
体チップ等の試料1の分析を行うためのSEMで、11
は電子銃、12は該電子銃11から出射された電子ビー
ム(荷電粒子)3aを集束する集束レンズ、13は集束
電子ビームを試料上に結像する対物レンズ、15は集束
電子ビームを偏向するための偏向板、14は上記試料1
より放出される二次電子3bを検出する二次電子検出
器、16は上記半導体基板等の試料1を配置する載置台
で、上記二次電子検出器14及び載置台16は上記真空
槽2内に配置されている。ここで、上記真空槽2は図3
に示すイオン注入装置のものと同一構成であり、真空ポ
ンプ(図示せず)によりその内部の排気が行われるよう
になっている。
FIG. 4 is a schematic diagram showing the structure of a scanning electron microscope (SEM) as another example of the conventional charged particle application apparatus. In the figure, 10 is an SEM for analyzing a sample 1 such as a semiconductor wafer or a semiconductor chip, and 11
Is an electron gun, 12 is a focusing lens for focusing the electron beam (charged particles) 3a emitted from the electron gun 11, 13 is an objective lens for focusing the focused electron beam on a sample, and 15 is for deflecting the focused electron beam. Deflection plate for, 14 is the sample 1
The secondary electron detector 16 for detecting the secondary electrons 3b emitted from the detector 16 is a mounting table on which the sample 1 such as the semiconductor substrate is arranged, and the secondary electron detector 14 and the mounting table 16 are inside the vacuum chamber 2. It is located in. Here, the vacuum chamber 2 is shown in FIG.
It has the same structure as that of the ion implantation apparatus shown in (3), and the inside thereof is exhausted by a vacuum pump (not shown).

【0005】このような構成のSEM10では、試料1
上での電子ビーム3aによる走査により試料1から放出
される二次電子3bに基づいて画像処理が行われ、試料
表面の凹凸パターンが画面上に表示される。
In the SEM 10 having such a configuration, the sample 1
Image processing is performed based on the secondary electrons 3b emitted from the sample 1 by the scanning with the electron beam 3a above, and the concavo-convex pattern on the sample surface is displayed on the screen.

【0006】また、図5は従来の荷電粒子応用装置のさ
らなる他の例として、集束イオンビーム描画装置の構成
を示す図であり、図において、20は試料に荷電粒子を
照射して、試料表面上に所定のパターンを描画する集束
イオンビーム描画装置で、21はイオン源、22は該イ
オン源21から放出されたイオンビーム(荷電粒子)4
aを加速する加速電極である。また12は加速されたイ
オンビーム4を集束する集束レンズ、13は集束イオン
ビーム4aを試料上に結像する対物レンズ、15は上記
集束イオンビーム4aを偏向する偏向板、2は真空ポン
プ(図示せず)により排気が行われるよう構成された真
空槽、16は上記半導体ウエハ等の試料1を配置する載
置台であり、ここでは、該載置台16は図示しない移動
機構により、所定の平面内で移動可能に構成されてい
る。
FIG. 5 is a diagram showing the configuration of a focused ion beam drawing apparatus as still another example of a conventional charged particle application apparatus, in which 20 is a sample surface irradiated with charged particles to obtain a sample surface. A focused ion beam drawing apparatus which draws a predetermined pattern on the ion beam source 21 includes an ion source 21 and an ion beam (charged particles) 4 emitted from the ion source 21.
It is an accelerating electrode that accelerates a. Further, 12 is a focusing lens for focusing the accelerated ion beam 4, 13 is an objective lens for focusing the focused ion beam 4a on the sample, 15 is a deflection plate for deflecting the focused ion beam 4a, and 2 is a vacuum pump (Fig. A vacuum chamber configured to evacuate by (not shown), and 16 is a mounting table on which the sample 1 such as the semiconductor wafer is placed. Here, the mounting table 16 is in a predetermined plane by a moving mechanism (not shown). It is configured to be movable.

【0007】このような構成の集束イオンビーム描画装
置20では、例えば半導体ウエハのチップ領域に対応さ
せて上記載置台16の移動を行い、該載置台16を位置
決めした後、イオンビーム4aを上記半導体ウエハ1の
所定のチップ領域上に走査しながら照射し、所定のパタ
ーンを上記チップ領域上に描画する。1つのチップ領域
の描画が完了すると、上記載置台16の移動によりその
隣のチップ領域を、描画可能な位置に移動させ、上記と
同様にしてパターンの描画を行う。このように次々にチ
ップ領域の描画を行って、1つの半導体ウエハの全チッ
プ領域を描画する。
In the focused ion beam drawing apparatus 20 having such a structure, for example, the mounting table 16 is moved so as to correspond to the chip area of the semiconductor wafer, and the mounting table 16 is positioned, and then the ion beam 4a is applied to the semiconductor. Irradiation is performed while scanning on a predetermined chip area of the wafer 1, and a predetermined pattern is drawn on the chip area. When the drawing of one chip area is completed, the chip table adjacent to the mounting table 16 is moved to a position where drawing is possible, and a pattern is drawn in the same manner as described above. In this way, the chip areas are sequentially drawn, and the entire chip area of one semiconductor wafer is drawn.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のSE
Mや集束イオンビーム描画装置等の荷電粒子応用装置で
は、半導体基板表面の例えばフォトレジストなどの絶縁
物の領域において、入射電荷が蓄積され、高電界を発生
し、半導体基板に既に作られている電子回路を破壊する
などという問題点があった。
However, the conventional SE
In a charged particle application apparatus such as M or a focused ion beam drawing apparatus, incident charges are accumulated in a region of an insulator such as a photoresist on the surface of a semiconductor substrate, a high electric field is generated, and it is already formed on the semiconductor substrate. There was a problem that the electronic circuit was destroyed.

【0009】また、SEM10では、例えばSiウエハ
上に形成した絶縁膜の形状を観察しようとする場合など
には、電子が基板側に流れ込まずに絶縁膜の表面が帯電
(チャージアップ)してしまい、像が見えなくなること
がある。これを避けるために、試料の表面にAuやC等
の導電材料を薄く(10nm程度)蒸着して観察する方
法が古くから使われているが、この方法ではインライン
観察ができないという欠点がある。
In the SEM 10, for example, when observing the shape of an insulating film formed on a Si wafer, electrons do not flow into the substrate side and the surface of the insulating film is charged up. , The image may disappear. In order to avoid this, a method of depositing a conductive material such as Au or C on the surface of the sample thinly (about 10 nm) and observing has been used for a long time, but this method has a drawback that in-line observation is not possible.

【0010】また、集束イオンビーム描画装置20で
は、フォトレジスト等の絶縁膜表面が帯電することによ
り、イオンビームがその電界の影響を受けることとな
り、微細なパターンを精度良く描画することが困難とな
るといった問題がある。
Further, in the focused ion beam drawing apparatus 20, the surface of the insulating film such as photoresist is charged, so that the ion beam is affected by the electric field thereof, making it difficult to draw a fine pattern with high accuracy. There is a problem such as.

【0011】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、入射電荷の蓄積を防止でき、こ
れにより試料表面の凹凸パターンの画像を鮮明に表示す
ることができるSEM等の荷電粒子応用分析装置を得る
ことを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is possible to prevent the accumulation of incident electric charges and thereby display an image of a concavo-convex pattern on the surface of the sample clearly. The purpose is to obtain a charged particle application analyzer.

【0012】またこの発明は、入射電荷の試料表面での
蓄積を防止でき、これにより微細なパターンを精度良く
描画することができる集束イオンビーム描画装置等の荷
電粒子応用描画装置を得ることを目的とする。
Another object of the present invention is to obtain a charged particle application drawing apparatus such as a focused ion beam drawing apparatus which can prevent accumulation of incident charges on the surface of a sample and can draw a fine pattern with high accuracy. And

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】この発明に係る荷電粒子
応用分析装置は、プラズマを、荷電粒子の照射により分
析が行われる試料表面に接触するように導入し、入射電
荷を試料表面で中性化するようにしたものである。
In the charged particle applied analyzer according to the present invention, plasma is introduced so as to come into contact with the sample surface to be analyzed by irradiation of charged particles, and the incident electric charge is neutralized on the sample surface. It was designed to be transformed.

【0014】この発明に係る荷電粒子応用描画装置は、
プラズマを、荷電粒子の照射により所定パターンが描画
される試料表面に接触するように導入し、入射電荷を試
料表面で中性化するようにしたものである。
The charged particle application drawing apparatus according to the present invention is
The plasma is introduced so as to come into contact with the sample surface on which a predetermined pattern is drawn by the irradiation of charged particles, and the incident electric charge is neutralized on the sample surface.

【0015】[0015]

【作用】この発明においては、荷電粒子の照射により分
析が行われる試料表面にて入射電荷をプラズマにより中
性化するようにしたから、試料表面での入射電荷の蓄積
が回避されることとなり、これにより試料表面の凹凸パ
ターンの画像を鮮明に表示することができる。
In the present invention, since the incident charges are neutralized by the plasma on the sample surface to be analyzed by irradiation of charged particles, the accumulation of the incident charges on the sample surface is avoided, Thereby, the image of the concavo-convex pattern on the sample surface can be displayed clearly.

【0016】この発明においては、荷電粒子の照射によ
り所定パターンが描画される試料表面をプラズマにより
中性化するようにしたので、試料表面での入射電荷の蓄
積が回避されることとなり、これにより微細なパターン
を精度良く描画することができる。
In the present invention, since the sample surface on which a predetermined pattern is drawn by the irradiation of charged particles is neutralized by the plasma, it is possible to avoid the accumulation of incident charges on the sample surface. A fine pattern can be drawn with high accuracy.

【0017】[0017]

【実施例】【Example】

実施例1.図1は本発明の第1の実施例による走査型電
子顕微鏡の構成を説明するための図であり、図におい
て、図4と同一符号は同一のものを示し、10aは本実
施例のSEMで、31はプラズマ38を発生させるため
の真空容器、32は真空容器31内のガスを排気し、減
圧状態にするための真空ポンプ、33はプラズマ化する
ガスを真空容器31に導入するためのガス入口、37は
真空容器31内のガスを真空ポンプ32へ導くための排
気配管である。また34は真空容器31内のプラズマ発
生領域に静磁場を発生するためのコイル、35はプラズ
マ38を発生させるためのマイクロ波電力を供給するた
めの発振器、36は上記真空槽2内へプラズマ38を導
くとともに、真空容器31内のガスの流入を抑えるため
のガス遅延配管である。
Example 1. FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of the scanning electron microscope according to the first embodiment of the present invention. In the figure, the same symbols as those in FIG. 4 indicate the same things, and 10a is the SEM of this embodiment. , 31 is a vacuum container for generating plasma 38, 32 is a vacuum pump for exhausting the gas in the vacuum container 31 to bring it into a reduced pressure state, 33 is a gas for introducing the gas to be plasma into the vacuum container 31. An inlet, 37 is an exhaust pipe for guiding the gas in the vacuum container 31 to the vacuum pump 32. Further, 34 is a coil for generating a static magnetic field in a plasma generation region in the vacuum container 31, 35 is an oscillator for supplying microwave power for generating plasma 38, and 36 is plasma 38 in the vacuum chamber 2. And a gas delay pipe for suppressing the inflow of gas into the vacuum container 31.

【0018】そしてこのSEM10aでは、上記真空槽
2はその真空度が真空容器31より低くなっており、真
空容器31内で発生されたプラズマが、上記真空槽2内
の載置台上16に配置された試料1の表面に接触するよ
うに導入され、入射電荷(電子ビーム)3aが試料表面
で中性化されるようになっている。
In this SEM 10a, the degree of vacuum of the vacuum chamber 2 is lower than that of the vacuum chamber 31, and the plasma generated in the vacuum chamber 31 is placed on the mounting table 16 in the vacuum chamber 2. It is introduced so as to come into contact with the surface of the sample 1, and the incident electric charge (electron beam) 3a is neutralized on the surface of the sample.

【0019】次に動作について説明する。まず真空槽2
及び真空容器31内のガスを真空ポンプ4及び32によ
り、それぞれの内部が所定の真空度になるよう排気し、
ガス入口33よりプラズマを発生させるガスをプラズマ
発生に必要なガス圧で導入する。そして、磁場コイル3
4に電流を流し、プラズマ生成領域に電子サイクロトロ
ン共鳴に必要な磁場を発生させ、発振器35によりマイ
クロ波を発生させ、導波管回路によりマイクロ波をガス
の導入されている真空容器31へ導くと、このマイクロ
波の電力により、プラズマ38が上記真空容器31内に
発生する。ここで上記磁場コイル34により発生される
磁場は、それによって電子ビーム3aの軌道が影響され
ない磁場分布を有することが好ましい。
Next, the operation will be described. First vacuum chamber 2
And the gas in the vacuum container 31 is evacuated by the vacuum pumps 4 and 32 so that the inside of each has a predetermined vacuum degree,
A gas for generating plasma is introduced from the gas inlet 33 at a gas pressure required for plasma generation. And the magnetic field coil 3
When a current is applied to the plasma generator 4, a magnetic field required for electron cyclotron resonance is generated in the plasma generation region, a microwave is generated by the oscillator 35, and the microwave is guided by the waveguide circuit to the vacuum container 31 into which gas is introduced. Plasma 38 is generated in the vacuum container 31 by the electric power of the microwave. Here, the magnetic field generated by the magnetic field coil 34 preferably has a magnetic field distribution in which the trajectory of the electron beam 3a is not affected thereby.

【0020】上記発生したプラズマ38は、磁場に沿っ
て、ガス遅延配管36内を拡散し、エンドステーション
である真空槽2に導入され、本実施例ではシリコンウェ
ハあるいはシリコンチップ等である半導体基板1表面を
覆ってこれと接触する。
The generated plasma 38 diffuses in the gas delay pipe 36 along the magnetic field and is introduced into the vacuum chamber 2 which is an end station. In this embodiment, the semiconductor substrate 1 which is a silicon wafer, a silicon chip or the like is used. Cover and contact the surface.

【0021】この状態で、電子ビーム3aが真空槽2に
導入され、例えば所定パターンのシリコン酸化膜が形成
された半導体基板1の表面に入射され、従来のSEM1
0と同様にして、上記半導体基板1表面の凹凸パターン
の画像がSEM10aの画面(図示せず)上に表示され
る。
In this state, the electron beam 3a is introduced into the vacuum chamber 2 and is incident on the surface of the semiconductor substrate 1 on which, for example, a silicon oxide film having a predetermined pattern is formed, and the conventional SEM 1 is used.
Similarly to 0, the image of the concave-convex pattern on the surface of the semiconductor substrate 1 is displayed on the screen (not shown) of the SEM 10a.

【0022】この状態では、シリコン酸化膜は絶縁物で
あるので、基板の表面近傍にプラズマが存在しない時に
は、電子ビーム3aの入射により表面部分に入射電荷が
蓄積され、この電荷による電界がシリコン基板側に集中
し、その強度が大きくなると、絶縁膜を破壊することも
ある。
In this state, since the silicon oxide film is an insulator, when no plasma exists in the vicinity of the surface of the substrate, incident charges are accumulated in the surface portion by the incidence of the electron beam 3a, and the electric field due to this charge causes the electric field in the silicon substrate. If it concentrates on the side and its strength increases, the insulating film may be destroyed.

【0023】これに対し、本実施例のようにシリコン基
板表面近傍にプラズマが存在する場合、プラズマ中よ
り、表面に入射した電荷を中和するのに必要な数のイオ
ンが基板表面に集り、同時にプラズマが接する、電子ビ
ームを発生する部分と電気的に導通のある基板以外の壁
面に、基板表面に集ったのと同数の電子が入射すること
となり、基板の電気的中性と同時に、プラズマの中性も
保たれる。このため、基板表面の絶縁膜の破壊などの電
荷蓄積による不都合を防ぐことができる。
On the other hand, when plasma exists near the surface of the silicon substrate as in the present embodiment, a sufficient number of ions necessary to neutralize the charges incident on the surface of the plasma gather on the surface of the substrate, At the same time, the same number of electrons as those gathered on the substrate surface will be incident on the wall surface of the substrate other than the substrate that is in electrical contact with the part that generates the electron beam and is in contact with the plasma. Plasma neutrality is also maintained. Therefore, it is possible to prevent inconvenience due to charge accumulation such as destruction of the insulating film on the substrate surface.

【0024】このように本実施例では、試料1が配置さ
れている真空槽2の外部に付設された、プラズマ38を
発生するための真空容器31を備え、電子ビーム3aの
照射により分析が行われる基板表面にて入射電荷を上記
プラズマ38により中性化するようにしたので、基板1
表面での入射電荷の蓄積が回避されることとなり、これ
により基板1表面の凹凸パターンの画像を鮮明に表示す
ることができる。
As described above, in this embodiment, the vacuum container 31 for generating the plasma 38 is provided outside the vacuum chamber 2 in which the sample 1 is placed, and the analysis is performed by irradiation of the electron beam 3a. Since the incident electric charge is neutralized by the plasma 38 on the surface of the substrate, the substrate 1
Accumulation of incident charges on the surface is avoided, which allows the image of the concavo-convex pattern on the surface of the substrate 1 to be displayed clearly.

【0025】実施例2.図2は本発明の第2の実施例に
よる集束イオンビーム描画装置を説明するための図であ
り、図において図1及び図5と同一符号は同一のものを
示しており、20aは本実施例の集束イオンビーム描画
装置で、4aはイオン源から放射され、加速電極(図5
参照)により加速されて、半導体ウエハ,半導体チップ
等の半導体基板1上に入射するイオンビームであり、こ
こでは、真空容器31内で発生されるプラズマ38に含
まれる物質は、イオンビーム4a中のイオンと同一物質
であってもよい。
Example 2. FIG. 2 is a diagram for explaining a focused ion beam drawing apparatus according to a second embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 5 indicate the same things, and 20a indicates the present embodiment. In the focused ion beam drawing apparatus of 4a, 4a is emitted from the ion source and
(Refer to FIG. 2), which is an ion beam accelerated by the above and is incident on the semiconductor substrate 1 such as a semiconductor wafer or a semiconductor chip. Here, the substance contained in the plasma 38 generated in the vacuum container 31 is the ion beam 4a. It may be the same substance as the ion.

【0026】そしてこの集束イオンビーム描画装置20
aでは、第1実施例のSEM10aと同様、上記真空槽
2はその真空度が真空容器31より低くなっており、真
空容器31内で発生されたプラズマが、上記真空槽2内
の載置台16上に配置された試料1の表面に接触するよ
うに導入され、入射電荷(イオンビーム)4aが半導体
基板1の表面で中性化されるようになっている。
The focused ion beam drawing apparatus 20
In a, the vacuum degree of the vacuum chamber 2 is lower than that of the vacuum chamber 31 as in the SEM 10a of the first embodiment, and the plasma generated in the vacuum chamber 31 causes the mounting table 16 in the vacuum chamber 2 to move. It is introduced so as to come into contact with the surface of the sample 1 arranged above, and the incident charges (ion beam) 4a are neutralized on the surface of the semiconductor substrate 1.

【0027】次に作用効果について説明する。上記第1
実施例と同様にして、上記真空容器31内にプラズマ3
8が生成され、これが磁場に沿って、ガス遅延配管36
内を拡散し、エンドステーションである真空槽2に導入
され、半導体基板1表面を覆ってこれと接触する。
Next, the function and effect will be described. First above
In the same manner as in the embodiment, the plasma 3 is stored in the vacuum container 31.
8 is generated, and this is along the magnetic field, and the gas delay pipe 36
After being diffused inside, it is introduced into a vacuum chamber 2 which is an end station, and covers the surface of the semiconductor substrate 1 to come into contact therewith.

【0028】この状態で、イオンビーム4aが真空槽2
に導入され、該イオンビーム4aの走査により、例えば
半導体基板1表面の絶縁膜上に所定パターンの描画が行
われる。
In this state, the ion beam 4a is moved to the vacuum chamber 2
Then, by scanning with the ion beam 4a, a predetermined pattern is drawn on the insulating film on the surface of the semiconductor substrate 1, for example.

【0029】この状態では、イオンビーム4aの走査が
絶縁膜表面上で行われるため、基板の表面近傍にプラズ
マが存在しない時には、イオンビーム4aの入射により
表面部分に入射電荷が蓄積され、この電荷による電界が
基板側に集中し、その強度が大きくなると、絶縁膜を破
壊することもある。
In this state, the scanning of the ion beam 4a is performed on the surface of the insulating film. Therefore, when plasma is not present near the surface of the substrate, the incident charge is accumulated on the surface portion due to the incidence of the ion beam 4a. When the electric field is concentrated on the substrate side and its strength increases, the insulating film may be destroyed.

【0030】これに対し、本実施例のように基板表面近
傍にプラズマが存在する場合、プラズマ中より、表面に
入射した電荷を中和するのに必要な数の電子が基板表面
に集り、同時にプラズマが接する、イオンビームを発生
する部分と電気的に導通のある基板以外の壁面に、基板
表面に集ったのと同数のイオンが入射することとなり、
基板の電気的中性と同時に、プラズマの中性も保たれ
る。このため、基板表面の絶縁膜の破壊などの電荷蓄積
による不都合を防ぐことができる。
On the other hand, when plasma exists near the surface of the substrate as in the present embodiment, the number of electrons necessary to neutralize the charges incident on the surface of the plasma gathers on the surface of the substrate, and at the same time, electrons are collected. The same number of ions that have gathered on the substrate surface will be incident on the wall surface other than the substrate that is in electrical contact with the part that generates plasma and is in contact with the plasma,
At the same time as the electrical neutrality of the substrate, the neutrality of the plasma is maintained. Therefore, it is possible to prevent inconvenience due to charge accumulation such as destruction of the insulating film on the substrate surface.

【0031】このように本実施例では、半導体基板1が
配置されている真空槽2の外部に付設された、プラズマ
38を発生するための真空容器31を備え、イオンビー
ム4aの照射により描画が行われる基板1表面にて入射
電荷をプラズマ38により中性化するようにしたので、
基板1表面での入射電荷の蓄積が回避されることとな
り、これにより微細なパターンを精度良く描画すること
ができる。
As described above, in the present embodiment, the vacuum container 31 for generating the plasma 38 is provided outside the vacuum chamber 2 in which the semiconductor substrate 1 is arranged, and drawing is performed by irradiation of the ion beam 4a. Since the incident electric charge is neutralized by the plasma 38 on the surface of the substrate 1 to be performed,
Accumulation of incident electric charges on the surface of the substrate 1 is avoided, and thus a fine pattern can be accurately drawn.

【0032】なお上記実施例において、シリコン半導体
回路製造に用いられるシリコン酸化膜を表面に有するシ
リコン基板へ入射するイオンとしては、ドーパントとし
て用いられる化学周期律表におけるIII 族,V族の元素
の原子イオン,またそれらの元素を含むBF2 + などの
化合物イオンがある。また、シリコン基板の表面もしく
は内部に酸化膜を形成するための酸素イオン,窒化膜を
形成する窒化イオン及びそれらを含む化合物のイオンで
もよい。また、結晶シリコン表面を乱雑化するためのシ
リコンイオンであってもよい。さらに、Ar,Xe,H
e,Kr,Neの希ガスイオンや、周期律表I族,IV
族の元素のイオンおよびそれらを含む化合物のイオンも
あげられる。
In the above embodiment, as the ions incident on the silicon substrate having a silicon oxide film on the surface used in the manufacture of silicon semiconductor circuits, the atoms of group III and group V elements in the chemical periodic table used as dopants are used. There are ions and compound ions such as BF2 + containing those elements. Alternatively, oxygen ions for forming an oxide film on the surface or inside of the silicon substrate, nitride ions for forming a nitride film, and ions of a compound containing them may be used. Further, it may be silicon ions for disturbing the surface of crystalline silicon. Furthermore, Ar, Xe, H
Noble gas ions of e, Kr, and Ne, Group I, IV of the periodic table
Ions of group elements and ions of compounds containing them are also included.

【0033】また上記実施例では表面絶縁物がシリコン
酸化膜である場合について示したが、通常よく用いられ
ているシリコン窒化膜,シリコンオキシナイトライド
膜,高融点金属酸化膜,フォトレジスト等の感光性有機
高分子膜であっても同様の効果が得られる。
In the above embodiment, the case where the surface insulator is a silicon oxide film has been shown. However, a photosensitive material such as a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, a refractory metal oxide film or a photoresist which is commonly used is used. The same effect can be obtained even with a hydrophilic organic polymer film.

【0034】また、上記実施例ではプラズマ発生源とし
て、差動排気系を備えた荷電粒子注入領域に比べ圧力の
大きいプラズマ源を用いたが、入射電荷を散乱させない
範囲の圧力であれば、必ずしも差動排気系を備える必要
はない。
Further, in the above-mentioned embodiment, a plasma source having a pressure larger than that of the charged particle injection region provided with the differential exhaust system is used as the plasma generation source. It is not necessary to provide a differential exhaust system.

【0035】また、上記実施例においては、静磁場を用
いた電子サイクロトロン共鳴法によりプラズマを発生さ
せたが、必ずしもこの方法である必要はなく、RF放
電,直流放電,レーザ光による光イオン化放電などの任
意の方法でプラズマを発生させてもよいことは言うまで
もない。
Further, in the above embodiment, the plasma was generated by the electron cyclotron resonance method using the static magnetic field, but this method is not always necessary, and RF discharge, DC discharge, photoionization discharge by laser light, etc. It goes without saying that the plasma may be generated by any of the above methods.

【0036】また、上記実施例では荷電粒子応用装置と
して、例えば走査型電子顕微鏡(SEM)及び集束イオ
ンビーム描画装置について示したが、荷電粒子応用分析
装置としては、上記第1実施例のSEMに限らず、オー
ジェ電子分光装置,2次イオン質量分析装置等の、電子
等の荷電粒子を用いて表面を分析する装置であってもよ
く、さらに荷電粒子応用描画装置としては、上記第2実
施例の集束イオンビーム描画装置に限らず、電子ビーム
描画装置であってもよく、上記実施例と同様の作用,効
果を奏することは言うまでもない。
Further, in the above-mentioned embodiment, the scanning electron microscope (SEM) and the focused ion beam drawing apparatus are shown as the charged particle application apparatus, but the charged particle application analysis apparatus is the same as the SEM of the first embodiment. The present invention is not limited to this, and may be an apparatus for analyzing the surface using charged particles such as electrons, such as an Auger electron spectroscope, a secondary ion mass spectrometer, and the like. It is needless to say that not only the focused ion beam drawing apparatus described above but also an electron beam drawing apparatus can be used, and the same operation and effect as those of the above-described embodiment can be obtained.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上のように、この発明に係る荷電粒子
応用分析装置によれば、試料が配置されている試料室の
外部に付設された、プラズマを発生するプラズマ発生装
置を備え、上記プラズマ発生装置内で生成されたプラズ
マにより入射電荷を試料表面にて中性化するようにした
ので、試料表面での入射電荷の蓄積が回避されることと
なり、これにより試料表面の凹凸パターンの画像を鮮明
に表示することができる。
As described above, according to the charged particle application analyzer of the present invention, the plasma generating device for generating plasma, which is attached to the outside of the sample chamber in which the sample is placed, is provided. Since the incident charge is neutralized on the sample surface by the plasma generated in the generator, the accumulation of the incident charge on the sample surface is avoided, which allows the image of the uneven pattern on the sample surface to be displayed. It can be displayed clearly.

【0038】またこの発明に係る荷電粒子応用描画装置
によれば、試料が配置されている試料室の外部に付設さ
れた、プラズマを発生するプラズマ発生装置を備え、上
記プラズマ発生装置内で生成されたプラズマにより入射
電荷を試料表面にて中性化するようにしたので、試料表
面での入射電荷の蓄積が回避されることとなり、これに
より微細なパターンを精度良く描画することができる。
Further, according to the charged particle application drawing apparatus of the present invention, a plasma generator for generating plasma is provided outside the sample chamber in which the sample is arranged, and is generated in the plasma generator. Since the incident electric charge is neutralized on the sample surface by the plasma, the accumulation of the incident electric charge on the sample surface is avoided, and thus a fine pattern can be drawn with high accuracy.

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

【図1】この発明の第1の実施例による走査型電子顕微
鏡(SEM)を説明するための図である。
FIG. 1 is a diagram for explaining a scanning electron microscope (SEM) according to a first embodiment of the present invention.

【図2】この発明の第2の実施例による集束イオンビー
ム描画装置を説明するための図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining a focused ion beam drawing apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図3】従来のイオン注入装置を説明するための概略図
である。
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a conventional ion implantation device.

【図4】従来の走査型電子顕微鏡(SEM)を説明する
ための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining a conventional scanning electron microscope (SEM).

【図5】従来の集束イオンビーム描画装置を説明するた
めの図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining a conventional focused ion beam drawing apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板(試料) 2 真空槽 3a 電子ビーム 3b 二次電子 4a イオンビーム 10a 走査型電子顕微鏡(SEM) 14 二次電子検出器 16 載置台 20a 集束イオンビーム描画装置 31 真空容器 32 真空ポンプ 33 ガス入口 34 磁場コイル 35 マイクロ波発振器 36 ガス遅延配管 37 排気配管 38 プラズマ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate (sample) 2 Vacuum tank 3a Electron beam 3b Secondary electron 4a Ion beam 10a Scanning electron microscope (SEM) 14 Secondary electron detector 16 Mounting stage 20a Focused ion beam drawing device 31 Vacuum container 32 Vacuum pump 33 Gas Inlet 34 Magnetic field coil 35 Microwave oscillator 36 Gas delay pipe 37 Exhaust pipe 38 Plasma

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 試料室内に配置された試料に荷電粒子を
照射して試料の分析を行う荷電粒子応用分析装置におい
て、 上記試料室外部に付設されたプラズマ発生装置を備え、 上記プラズマ発生装置内で生成されたプラズマが上記試
料室内に配置された試料表面に接触するよう試料室内に
導入されるとともに、 この荷電粒子応用分析装置本体で生成された荷電粒子ビ
ームが上記試料に入射されることを特徴とする荷電粒子
応用分析装置。
1. A charged particle applied analyzer for irradiating a sample placed in a sample chamber with charged particles to analyze the sample, comprising a plasma generator attached to the outside of the sample chamber. The plasma generated in the above is introduced into the sample chamber so as to come into contact with the surface of the sample placed in the sample chamber, and the charged particle beam generated by the main body of the charged particle application analyzer is incident on the sample. Characterized charged particle applied analyzer.
【請求項2】 試料室内に配置された試料に荷電粒子を
照射して、試料表面上に所定のパターンを描画する荷電
粒子応用描画装置において、 上記試料室外部に付設されたプラズマ発生装置を備え、 上記プラズマ発生装置内で生成されたプラズマが上記試
料室内に配置された試料表面に接触するよう試料室内に
導入されるとともに、 この荷電粒子応用描画装置本体で生成された荷電粒子ビ
ームが上記試料に入射されることを特徴とする荷電粒子
応用描画装置。
2. A charged particle application drawing device for irradiating a sample placed in a sample chamber with charged particles to draw a predetermined pattern on the sample surface, comprising a plasma generator attached outside the sample chamber. The plasma generated in the plasma generator is introduced into the sample chamber so as to come into contact with the surface of the sample arranged in the sample chamber, and the charged particle beam generated by the main body of the charged particle application drawing device is supplied to the sample. A charged particle application drawing apparatus, which is characterized in that it is incident on a beam.
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KR20020032283A (en) * 2000-10-24 2002-05-03 윤종용 Method of capturing scanning electron microscopic images and apparatus of scanning electron microscope used in the same
CN106373848A (en) * 2016-11-10 2017-02-01 中国原子能科学研究院 Plasma neutralization mode-based electronic microscope device

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JPS58131731A (en) * 1982-01-29 1983-08-05 Fujitsu Ltd Irradiation of energy rays
JPS60202645A (en) * 1984-03-28 1985-10-14 Hitachi Ltd Ion beam irradiator

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