JPH11312473A

JPH11312473A - 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

Info

Publication number: JPH11312473A
Application number: JP10118819A
Authority: JP
Inventors: Michinobu Mizumura; 通伸水村; Yuichi Hamamura; 有一濱村; Akira Shimase; 朗嶋瀬
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-04-28
Filing date: 1998-04-28
Publication date: 1999-11-09
Anticipated expiration: 2018-04-28
Also published as: JP4067640B2

Abstract

(57)【要約】【課題】集束荷電粒子ビームを用いた微細な加工や分析
において、アパーチャを用いることなく荷電粒子ビーム
電流を制御することができ、しかもビーム電流を連続的
に制御でき、また、異物や不純物を発生しない集束荷電
粒子ビーム装置を実現する。また、これと分析機器によ
り半導体製造ラインの不良解析行って高品質の半導体デ
バイスを高歩留まりで製造できるようにした。【解決手段】半同軸共振器１内に設けた可動中心導体
（半同軸部分）３を調整することにより、その可動中心
導体３内部に設置したプラズマチャンバ８内ガスをプラ
ズマ７化する。さらに可動中心導体３内部に設けた高周
波アンテナ４からの高周波電力の調整によって、イオン
ビーム電流を数ｐＡ〜数ｎＡまで制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【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 Elect
ron Microscopy）＋エネルギー分散形Ｘ線分析装置（Ｅ
ＤＸ＝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-Flig
ht 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＝Liqu
itd Metal Ion Source）が広く利用されてきた。このＬ
ＭＩＳを用いたＦＩＢ装置ではイオンソース径が０．１
μｍ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０．１
μｍ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２００〜３０
０Ｗ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２
３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（Ｆ
ＩＢ）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９１ｍ
ｍ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Ｅ
ＣＲ（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、３４
ａ、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１０
２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ＦＩＢ１
４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〜０．０５
μｍ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１０μ
ｍ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（ｐ
Ａ）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（ｐ
Ａ）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（ＳＥ
Ｍ）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（２μ
ｍ〜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〜０．０１μ
ｍ）程度にして断面のオージェ電子分光（ＡＥＳ＝Auge
r 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、ＦＩ
Ｂ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７
１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ＥＤ
Ｘ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、ＡＥ
Ｓ、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（ＦＩ
Ｂ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Ｆ
ＩＢ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１
３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、３３
ｂ、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１
３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１
０１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１
１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ｎ
Ａ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ＳＥ
Ｍ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（ＦＩ
Ｂ）、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−ＳＩＭＩ
Ｓ、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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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。
【請求項２】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
る請求項１記載の荷電粒子源。
【請求項３】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１または２記載の荷電粒子源。
【請求項４】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２または３記載の荷電粒子源。
【請求項５】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３または４記載の荷電粒子源。
【請求項６】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４または５記載の荷電粒子源。
【請求項７】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４または５
記載の荷電粒子源。
【請求項８】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４ま
たは５記載の荷電粒子源。
【請求項９】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。
【請求項１０】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請求項９記載の荷電粒子
ビーム装置。
【請求項１１】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９または１０記載
の荷電粒子ビーム装置。
【請求項１２】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９または１０ま
たは１１記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項１３】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。
【請求項１４】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９または１０または１１または１２または１３記
載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項１５】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
９または１０または１１または１２または１３記載の荷
電粒子ビーム装置。
【請求項１６】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。
【請求項１７】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。
【請求項１８】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。
【請求項１９】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。