JPS63236251A - Electron beams-ion beams composite device - Google Patents
Electron beams-ion beams composite deviceInfo
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Landscapes
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、半導体素子の製造に用いられるウェハやマス
クの欠陥を検査し、その欠陥部分の修正を行うに適した
電子ビーム−イオンビーム複合装置に関する。Detailed Description of the Invention [Industrial Application Field] The present invention is an electron beam-ion beam composite suitable for inspecting defects in wafers and masks used in the manufacture of semiconductor devices and correcting the defective portions. Regarding equipment.
［従来の技術］
半導体製造の分野では、ウェハやマスク等の欠陥検査や
、その欠陥部分の修正の技術が重要視されてきている。[Background Art] In the field of semiconductor manufacturing, emphasis has been placed on techniques for inspecting defects in wafers, masks, etc., and for repairing defective portions thereof.
現在の半導体素子のデザインルールは、１）１■の精度
であり、光による欠陥検査と、レーザによる修正が一般
的となっている。しかしながら、半導体素子の微細化が
進むと、光やレーザに代わって電子ビームによる欠陥検
査とイオンビームによる欠陥部分の修正が主流になるも
のと考えられている。The current design rule for semiconductor devices is 1) accuracy of 1.5 cm, and defect inspection using light and correction using laser are common. However, as the miniaturization of semiconductor devices progresses, it is thought that defect inspection using electron beams and correction of defective portions using ion beams will become mainstream instead of using light or lasers.
特開昭５９−１６９１３３号においては、欠陥検査のた
めに電子ビームが照射される領域に、欠陥修正用のイオ
ンビームを電子ビームの光軸に対して斜めから照射する
パターン修正装置が開示されている。JP-A-59-169133 discloses a pattern correction device that irradiates a region to be irradiated with an electron beam for defect inspection with an ion beam for defect correction obliquely with respect to the optical axis of the electron beam. There is.
この装置では、欠陥検査の後、直ちにイオンビームによ
って修正を行うことができ、スループットの面で有利と
なる。しかしながら、この￥＆置では、電子ビームによ
る検査面とイオンビームによる修正面とが所定の角度を
有することになり、検査によって発見された欠陥部分に
イオンビームを正確に照射することが困難となる。又、
この検査されるウェハやマスクには凹凸があり、例えば
、検査によって欠陥が発見されても、その欠陥部分がイ
オンビームから見て影になっているとその修正はできな
い。逆に、電子ビームから見て影の部分に欠陥があるよ
うな場合には、欠陥そのものの発見ができない。With this device, correction can be performed immediately after defect inspection using an ion beam, which is advantageous in terms of throughput. However, in this arrangement, the surface to be inspected by the electron beam and the surface to be corrected by the ion beam have a predetermined angle, making it difficult to accurately irradiate the defective parts discovered by the inspection with the ion beam. . or,
The wafers and masks to be inspected have irregularities, and even if a defect is found during inspection, it cannot be corrected if the defective part is in the shadow when viewed from the ion beam. Conversely, if the defect is located in a shadow area when viewed from the electron beam, the defect itself cannot be discovered.
［発明が解決しようとする問題点］
上述した問題点は、例えば、特開昭５９−６８１５９号
に記載されているような電子ビーム−イオンビーム光学
系を用いることにより解決できる。すなわち、この光学
系では、電子ビームかイオンビームのいずれかを偏向場
によって偏向し、両ビームの光路を一致させ、ターゲッ
トにビームを照射するようにしており、電子ビームによ
る検査領域とイオンビームによる修正領域とを正確に合
わせることができると共に、一方からだけ影になるよう
なことはなくなる。ところで、欠陥検査は、欠陥の修正
に比べて高い分解能が要求される。しかしながら、この
光学系では、イオンビームを収束させる関係上、対物レ
ンズとして静電レンズを使用しなければならない。この
静電レンズは収差係数が大きいため、電子ビームの収束
に不向きであり、高い分解能で欠陥の検査を行うことが
できない。[Problems to be Solved by the Invention] The above-mentioned problems can be solved, for example, by using an electron beam-ion beam optical system as described in JP-A-59-68159. In other words, in this optical system, either the electron beam or the ion beam is deflected by a deflection field, the optical paths of both beams are matched, and the target is irradiated with the beam. The correction area can be accurately aligned with the correction area, and shadows from only one side are eliminated. By the way, defect inspection requires higher resolution than defect correction. However, in this optical system, an electrostatic lens must be used as an objective lens in order to converge the ion beam. Since this electrostatic lens has a large aberration coefficient, it is unsuitable for converging an electron beam and cannot inspect defects with high resolution.
このような問題点は、ウェハやマスクの検査と修正の場
合のみならず、イオンビームで試料表面を削りながら電
子ビームによって分析を行うような光学系にも同様に存
在するものである。Such problems exist not only in the case of inspecting and repairing wafers and masks, but also in optical systems that perform analysis with an electron beam while scraping the surface of a sample with an ion beam.
本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、電子ビ
ームをターゲットに照射する場合でも、高い分解能で検
査や分析を行うことができる電子ビーム−イオンビーム
複合装置を提供することを目的としている。The present invention has been made in view of the above-mentioned points, and an object of the present invention is to provide an electron beam-ion beam combination device that can perform inspection and analysis with high resolution even when irradiating a target with an electron beam. There is.
［問題点を解決するための手段］
本発明に基づく電子ビーム−イオンビーム複合装置は、
電子銃と、イオン源と、該電子銃から発生し加速された
電子ビームと該イオン源から発生し加速されたイオンビ
ームとを同一の光路に沿って進行させるための光学系と
、該同一の光路を進行するビームをターゲット上に細く
収束するための対物レンズとを備えた電子ビーム−イオ
ンビーム複合装置において、該対物レンズは、電磁レン
ズと静電レンズより構成されており、該ターゲットに照
射されるビームの種類に応じ、そのいずれか一方を使用
するように構成したことを特徴としている。[Means for solving the problems] The electron beam-ion beam composite device based on the present invention has the following features:
an electron gun, an ion source, an optical system for causing an accelerated electron beam generated from the electron gun and an accelerated ion beam generated from the ion source to travel along the same optical path; In an electron beam-ion beam composite device equipped with an objective lens for converging a beam traveling along an optical path onto a target, the objective lens is composed of an electromagnetic lens and an electrostatic lens, and the objective lens is composed of an electromagnetic lens and an electrostatic lens. It is characterized in that it is configured to use one of the beams depending on the type of beam being used.
［作用］
対物レンズは、静電レンズと電磁レンズとによって構成
され、ターゲットにイオンビームが照射されるときは静
電レンズが使われ、ターゲットに電子ビームが照射され
るときは電磁レンズが使われる。[Operation] The objective lens is composed of an electrostatic lens and an electromagnetic lens. The electrostatic lens is used when the target is irradiated with the ion beam, and the electromagnetic lens is used when the target is irradiated with the electron beam. .
［実施例］ 以下本発明の一実施例を添附図面に基づいて詳述する。[Example] An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.
第１図は本発明をパターンの検査と修正に用いた実施例
であり、１は電子銃、２は該電子銃から発生し加′速さ
れた電子ビームを収束する収束レンズ、３は例えば液体
金属をイオン種とした電界放射イオン源、４は該イオン
源から発生し加速されたイオンビームを収束する収束レ
ンズで、収束レンズ２は電磁レンズ、収束レンズ４は静
電レンズである。５はイオンビームを偏向し、イオンビ
ーム光軸を電子ビーム光軸と一致させるための静電プリ
ズム、６は偏向電極、７は対物レンズで、静電対物レン
ズ８と電磁対物レンズ９とによって構成されている。１
０はウェハやマスク等のターゲット、１１はコンピュー
タの如き制御回路、１２は偏向回路、１３は静電対物レ
ンズ８の電源、１４は電磁対物レンズ９の電源、１５は
該ターゲットへの電子ビームの照射に伴って発生した２
次電子を検出する検出器、１６は２次電子検出信号を増
幅する増幅器である。FIG. 1 shows an embodiment in which the present invention is used for pattern inspection and correction, in which 1 is an electron gun, 2 is a converging lens that converges the accelerated electron beam generated from the electron gun, and 3 is a liquid such as a The field emission ion source uses metal as the ion species, and 4 is a converging lens that converges the ion beam generated and accelerated from the ion source. The converging lens 2 is an electromagnetic lens, and the converging lens 4 is an electrostatic lens. 5 is an electrostatic prism for deflecting the ion beam and aligning the ion beam optical axis with the electron beam optical axis; 6 is a deflection electrode; and 7 is an objective lens, which is composed of an electrostatic objective lens 8 and an electromagnetic objective lens 9. has been done. 1
0 is a target such as a wafer or mask, 11 is a control circuit such as a computer, 12 is a deflection circuit, 13 is a power source for the electrostatic objective lens 8, 14 is a power source for the electromagnetic objective lens 9, and 15 is a power source for the electron beam to the target. 2 that occurred with irradiation
A detector for detecting secondary electrons, 16 is an amplifier for amplifying a secondary electron detection signal.
上述した如き構成において、まず、ウェハ等のパターン
の欠陥の検査を行う場合、電子銃１がら電子ビームが発
生され、ターゲット１０上に照射される。この時、イオ
ン源３からのイオンビームの発生は停止されており、又
、制御回路１１の制御により、電源１３から静電対物レ
ンズ８へのレンズ電圧の供給は停止され、電源１４から
電磁対物レンズ９へ励磁電流が供給される。その結果、
電子ビームは、電磁対物レンズ９によってターゲット１
０上に細く収束される。ここで、偏向回路１２を介して
偏向電極６に偏向信号が供給され、電子ビームが偏向さ
れることから、ターゲット１０上の所望領域は電子ビー
ムによって走査されることになる。該電子ビームの照射
によってターゲット１０から発生した２次電子は、検出
器１６によって検出され、その検出信号は、増幅器１６
によって増幅されて制御回路１１に供給される。制御回
路１１においては、予め記憶されている理想パターンの
形状と、２次電子検出信号に基づいて得られた実際のパ
ターンの形状とを比較し、パターンの欠陥部分の検出を
行う。なお、ここでは２次電子を検出したが、反射電子
等を検出するようにしても良い。In the above-described configuration, when inspecting a pattern of a wafer or the like for defects, an electron beam is generated from the electron gun 1 and irradiated onto the target 10 . At this time, the generation of the ion beam from the ion source 3 is stopped, and under the control of the control circuit 11, the supply of lens voltage from the power supply 13 to the electrostatic objective lens 8 is stopped, and the supply of lens voltage from the power supply 14 to the electromagnetic objective lens 8 is stopped. An excitation current is supplied to the lens 9. the result,
The electron beam is directed to a target 1 by an electromagnetic objective lens 9.
It narrowly converges on 0. Here, since a deflection signal is supplied to the deflection electrode 6 via the deflection circuit 12 and the electron beam is deflected, a desired area on the target 10 is scanned by the electron beam. Secondary electrons generated from the target 10 by the electron beam irradiation are detected by the detector 16, and the detection signal is sent to the amplifier 16.
The signal is amplified and supplied to the control circuit 11. The control circuit 11 compares the shape of the ideal pattern stored in advance with the shape of the actual pattern obtained based on the secondary electron detection signal, and detects a defective portion of the pattern. Although secondary electrons are detected here, reflected electrons or the like may also be detected.
このようにして欠陥部分の存在２位置が確認された後、
制御回路１１は電子銃１がらの電子ビームの発生を停止
すると共に、Ｎ磁対物レンズ９への励磁電流の供給も停
止し、代わりにイオン源３からイオンビームを発生させ
ると共に、’］１１３から静電対物レンズ８ヘレンズ電
圧が印加される。After confirming the two positions of the defective part in this way,
The control circuit 11 stops the generation of the electron beam from the electron gun 1, and also stops the supply of excitation current to the N magnetic objective lens 9, and instead causes the ion source 3 to generate an ion beam, and A Herrens voltage is applied to the electrostatic objective lens 8.
この結果、イオン源３がら発生し加速されたイオンビー
ムは、電圧が印加された偏向プリズム５によって偏向さ
れ、電子ビームの光軸に一致されてターゲット１０に向
は進行し、その間静電対物レンズ８によって細く収束さ
れることになる。該イオンビームのターゲットへの照射
位置は制御回路１１から偏向回路１２に供給される信号
によって制御されるが、該照射位置は予め電子ビームの
照射によって検出された欠陥部分であり、該欠陥部分へ
のイオンビームの照射によって修正が行われる。As a result, the ion beam generated and accelerated by the ion source 3 is deflected by the deflection prism 5 to which a voltage is applied, is aligned with the optical axis of the electron beam, and advances toward the target 10, while the electrostatic objective lens 8, it will be narrowly converged. The irradiation position of the target with the ion beam is controlled by a signal supplied from the control circuit 11 to the deflection circuit 12, but the irradiation position is a defective part detected in advance by electron beam irradiation, and Correction is performed by irradiation with an ion beam.
今、電子銃１として熱電界放射型電子銃を用い、フィラ
メントとしてＺｒ−Ｗを使用した場合、電子ビーム光源
の特性としては、
光源サイズ ： ５ｎｍ
角電流密度 ： １００μＡ ／ ｓｔｒエネルギー
幅：０．５ｅＶ
の値となる。又、静電レンズの収差係数は、球面収差計
数Ｃｓ ： １４０００ｍｍ色収差肘数 ＣＣ： １４
０ｍｍ
倍率 Ｍ ： ０．２６
であり、電磁レンズの収差係数は、
球面収差計数ＣＳ ： ２１００１１１ｆｆ１色収差計
数 Ｃｃ ： ５０ｍｍ
倍率 Ｍ：０．１９
である。ここで、ターゲット１ｏがら見た電子ビームの
開き角αをパラメータとして、ターゲット上のプローブ
径Ｒは、次の式で表される。Now, when a thermal field emission type electron gun is used as the electron gun 1 and Zr-W is used as the filament, the characteristics of the electron beam light source are as follows: Light source size: 5 nm Angular current density: 100 μA/str Energy width: 0.5 eV The value is . Also, the aberration coefficients of the electrostatic lens are: spherical aberration coefficient Cs: 14000mm chromatic aberration elbow number CC: 14
0 mm Magnification M: 0.26, and the aberration coefficients of the electromagnetic lens are: Spherical aberration coefficient CS: 2100111ff1 Chromatic aberration coefficient Cc: 50 mm Magnification M: 0.19. Here, the diameter R of the probe on the target is expressed by the following equation, using the opening angle α of the electron beam as seen from the target 1o as a parameter.
（Ｒ）２＝ （Ｃｓ−α／２）２ ＋
（ＣＣ・α・Δｖ／ｖ）２＋（２Ｒ−Ｍ）２上式におい
て、■は加速電圧、ΔＶは電子ビームのエネルギー幅で
ある。(R)2=(Cs-α/2)2+(CC·α·Δv/v)2+(2R-M)2 In the above equation, ■ is the accelerating voltage, and ΔV is the energy width of the electron beam.
第２図（ａ）は静電レンズで加速電圧１ｋＶの電子ビー
ムを収束した場合のプローブ径Ｒの計算例を示しており
、横軸は対物レンズアパーチュア径、縦軸はプローブ電
流とプローブ径であり、第２図（ｂ）は電磁レンズで加
速電圧１ｋＶの電子ビームを収束した場合のプローブ径
Ｒの計算例を示しており、横軸は対物レンズアパーチュ
ア径、縦軸はプローブ電流とプローブ径である。この図
から明らかなように、静電レンズを使用した場合の最適
アパーチュアサイズの時のプローブ径および電流は、夫
々６７ｎ＋ｍ、 ７ｐ Ａであるのに対し、電磁レン
ズを使用した場合には、夫々３８ｍｍ、 １ｏｐ Ａと
良い性能が得られることが分かる。従って、第１図の実
施例では、高分解能で電子ビームによる欠陥検査を行う
ことができる。Figure 2 (a) shows an example of calculating the probe diameter R when an electron beam with an accelerating voltage of 1 kV is focused using an electrostatic lens. The horizontal axis is the objective lens aperture diameter, and the vertical axis is the probe current and probe diameter. Figure 2 (b) shows an example of calculating the probe diameter R when an electron beam with an accelerating voltage of 1 kV is focused by an electromagnetic lens, where the horizontal axis is the objective lens aperture diameter and the vertical axis is the probe current and probe diameter. It is. As is clear from this figure, the probe diameter and current at the optimum aperture size when using an electrostatic lens are 67n+m and 7pA, respectively, whereas when using an electromagnetic lens, the probe diameter and current are respectively 38mm. , it can be seen that a good performance of 1 op A can be obtained. Therefore, in the embodiment shown in FIG. 1, defect inspection using an electron beam can be performed with high resolution.
第３図は、対物レンズ７の具体的な構成の一例を示して
いる。静電対物レンズ８は、３枚の電極８ａ、８ｂ、８
ｃより成るアインツエルレンズであり、中心電極８ｂに
レンズ電圧が印加され、外側の電極８ａ、８ｃは接地電
位とされ、レンズ作用を作り出すようにしている。又、
電磁対物レンズ９の磁極の一部は、静電レンズの接地電
位の電１８ｃが兼用されている。なお、９Ｃはレンズコ
イル、２０．２１は絶縁碍子であり、ＩＢはイオンビー
ムの軌道を、ＥＢは電子ビームの軌道を示している。FIG. 3 shows an example of a specific configuration of the objective lens 7. The electrostatic objective lens 8 has three electrodes 8a, 8b, 8
A lens voltage is applied to the center electrode 8b, and the outer electrodes 8a and 8c are set at ground potential to create a lens effect. or,
A part of the magnetic pole of the electromagnetic objective lens 9 also serves as a ground potential electrode 18c of the electrostatic lens. In addition, 9C is a lens coil, 20.21 is an insulator, IB shows the trajectory of an ion beam, and EB shows the trajectory of an electron beam.
このような構成では、対物レンズをコンパクトに構成す
ることができ、静電対物レンズ８とターゲット１０との
間の距離（ワーキングディスタンス）を短くすることが
できるので、特に、イオンビームをターゲットに照射す
る場合により有利となる。With such a configuration, the objective lens can be configured compactly, and the distance (working distance) between the electrostatic objective lens 8 and the target 10 can be shortened, which makes it especially possible to irradiate the target with the ion beam. It is more advantageous if
以上本発明を詳述したが、本発明はこの実施例に限定さ
れず幾多の変形が可能である。例えば、イオンビームを
偏向してイオンビームを電子ビーム光軸と一致させたが
、電子ビームを偏向するように構成しても、両ビームを
偏向して両ビームの光軸を一致させるように構成しても
良い。又、両ビームを一致させるための偏向場として静
電プリズムを用いたが、電磁偏向場やＥＸ８フィルター
等の静電と電磁を組合せた分析場を使用しても良い。更
に、ウェハやマスクの欠陥の検査と修正を行う装置に適
用する例を説明したが、電子ビームで試料の分析を行い
つつ、イオンビームで分析位置を削り、試料の深さ方向
の分析を行うような装置にも本発明を適用することがで
きる。Although the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to this embodiment and can be modified in many ways. For example, although the ion beam is deflected to align the ion beam with the electron beam optical axis, even if the electron beam is deflected, both beams are deflected and the optical axes of both beams are aligned. You may do so. Further, although an electrostatic prism is used as a deflection field for making both beams coincident, an electromagnetic deflection field or an analysis field combining electrostatic and electromagnetic fields such as an EX8 filter may be used. Furthermore, we explained an example of application to a device that inspects and corrects defects in wafers and masks, and analyzes the sample in the depth direction by using an ion beam to shave the analysis position while analyzing the sample with an electron beam. The present invention can also be applied to such devices.
［効果］
以上のように、本発明では、ターゲットに照射するビー
ムの種類に応じて静電対物レンズか電磁対物レンズのい
ずれかを切換えて用いるようにしたので、電子ビームに
よる検査や分析を高分解能で行うことができる。[Effects] As described above, in the present invention, either the electrostatic objective lens or the electromagnetic objective lens is switched and used depending on the type of beam irradiated to the target, so inspection and analysis using an electron beam can be performed at a higher level. It can be done with resolution.
第１図は本発明の一実施例を示す図、第２図は対物レン
ズアパーチュア径とプローブ径との関係を示す図、第３
図は対物レンズの一興体例を示す図である。
１・・・電子銃 ２・・・収束レンズ３・・・
イオンＲ４・・・収束レンズ
５・・・静電プリズム ６・・・偏向電極７・・・対
物レンズ １０・・・ターゲット１１・・・制御回路
１２・・・偏向回路１３．１４・・・電源 １
５・・・検出器１６・・・増幅器Fig. 1 is a diagram showing one embodiment of the present invention, Fig. 2 is a diagram showing the relationship between the objective lens aperture diameter and the probe diameter, and Fig. 3 is a diagram showing the relationship between the objective lens aperture diameter and the probe diameter.
The figure shows an example of an objective lens. 1... Electron gun 2... Converging lens 3...
Ion R4... Converging lens 5... Electrostatic prism 6... Deflection electrode 7... Objective lens 10... Target 11... Control circuit 12... Deflection circuit 13.14... Power supply 1
5...Detector 16...Amplifier
Claims (2)
された電子ビームと該イオン源から発生し加速されたイ
オンビームとを同一の光路に沿つて進行させるための光
学系と、該同一の光路を進行するビームをターゲット上
に細く収束するための対物レンズとを備えた電子ビーム
−イオンビーム複合装置において、該対物レンズは、電
磁レンズと静電レンズより構成されており、該ターゲッ
トに照射されるビームの種類に応じ、そのいずれか一方
を使用するように構成した電子ビーム−イオンビーム複
合装置。(1) an electron gun, an ion source, an optical system for causing an accelerated electron beam generated from the electron gun and an accelerated ion beam generated from the ion source to travel along the same optical path; In the electron beam/ion beam combination device, the electron beam/ion beam combination device includes an objective lens for narrowly converging the beams traveling along the same optical path onto a target, and the objective lens is composed of an electromagnetic lens and an electrostatic lens. An electron beam-ion beam combination device configured to use either one of the beams depending on the type of beam irradiated to the target.
磁極として用いられる特許請求の範囲第１項記載の電子
ビーム−イオンビーム複合装置。(2) The electron beam-ion beam composite device according to claim 1, wherein a part of the ground electrode of the electrostatic lens is used as a magnetic pole of the electromagnetic lens.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62068356A JPS63236251A (en) | 1987-03-23 | 1987-03-23 | Electron beams-ion beams composite device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62068356A JPS63236251A (en) | 1987-03-23 | 1987-03-23 | Electron beams-ion beams composite device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63236251A true JPS63236251A (en) | 1988-10-03 |
Family
ID=13371447
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62068356A Pending JPS63236251A (en) | 1987-03-23 | 1987-03-23 | Electron beams-ion beams composite device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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