JP2005050579A - 荷電粒子線装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】荷電粒子線を用いる装置において、装置の内壁の汚れを装置を分解することなく調査し、適切なメンテナンス時期を知ることができる装置を提供すること。
【解決手段】荷電粒子線装置の荷電粒子線または反跳電子の照射によって、装置の内壁が放出するX線を測定して、汚れ物質の量を判別する。
【選択図】 図1
【解決手段】荷電粒子線装置の荷電粒子線または反跳電子の照射によって、装置の内壁が放出するX線を測定して、汚れ物質の量を判別する。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子線を用いて回路パターン等を半導体ウェハ等に描画する電子線描画装置、および電子線を用いて物体の拡大像を得る電子顕微鏡、およびその他の電子線ならびにイオンビーム応用装置等を含む荷電粒子線装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
内部に電子線またはイオンビームなどの荷電粒子線の発生機構を備え、電磁レンズ等を用いて細く絞って標的に照射する、電子顕微鏡、電子線描画装置等の荷電粒子線装置の課題の一つとして、荷電粒子線が通る粒子線通路の内壁の汚れによる定期的なメンテナンスの必要性がある。
【0003】
荷電粒子線は電磁的に形成された電子光学系またはイオンビーム光学系(荷電粒子光学系)を用いて目標に照射されるが、この荷電粒子線の通り道は、荷電粒子の平均自由行程を高く確保するため、一般によりも真空に保たれている必要がある。このため、電磁レンズ、永久磁石レンズ、電磁偏向器、絞り等、荷電粒子光学系の構成要素は、真空容器の周囲、もしくは一部真空容器の内部に配置される。
【0004】
この真空容器は、荷電粒子線装置の稼動中、真空に保たれているが、真空ポンプの性能的限界から、油分等の残留ガスや荷電粒子線標的からの脱離ガスを完全に取り除くことは困難である。装置の使用を続けると、残留ガスと荷電粒子の相互作用による、反応性の高い分子片(ラジカル)等の発生により、真空容器の内壁およびその他の装置内の構造物への汚れの付着が見られる。特に残留ガスに多く含まれる炭化水素による汚れの影響は大きく、容器内部部品への汚れの蓄積が発生する。
【0005】
荷電粒子線は電荷をもつため、電磁場による偏向を受けるが、この真空容器内の汚れに特に大きな影響を受ける。これは主として、金属製の部品の表面に、汚れによって絶縁膜が形成されることにより、反跳電子等による電荷が残存し、局所的な電場を形成するからであると考えられる。このため、荷電粒子線の針路を安定化し、装置の性能を維持するために、装置の絞り周辺など、特に荷電粒子線通路近傍で反跳電子の集中する位置の装置内構造物については、定期的なクリーニングまたは部品交換による汚れの除去が欠かせない。
【0006】
しかしながら、装置内部のクリーニングのためには、真空ポンプを停止し装置内部に大気を導入した上で、分解しなければならない場合がほとんどであり、そのためには装置の通常動作を停止させる必要がある。これは作業に多額の費用がかかるだけでなく、停止期間分の装置の生産性の低下を招き、避けたい事態である。電子線装置においては、これまで、装置を分解せず、ガスの導入により内部の汚れを除去するものや(例えば、特許文献1参照)、内壁に触媒を形成して汚れをつきにくくするもの(例えば、特許文献2参照)が知られているが、汚れの程度を調査することによって装置のクリーニング回数を減らすことができれば、生産性の向上に大きく寄与することができる。
【0007】
【特許文献1】
特開平9−245716号公報
【特許文献2】
特開2002−248338号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、荷電粒子線装置において、装置内の構造物の汚れを装置を分解することなく調査/検知し、適切なメンテナンス時期を知ることができるものを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目標を達成するために、本発明は、荷電粒子発生源から照射対象に至る過程で、荷電粒子線または反跳した反跳荷電粒子線の照射を受けるところから放出されるX線を検出し、かつ検出したX線から特性X線を検知するX線検出手段を備えることを特徴とする
【0010】
【発明の実施の形態】
図1は、荷電粒子線装置の一例として、電子線描画装置における実施形態の概略構成を表す縦断面図である。図1において、6は電子線を生成、収束させる機能を持つ電子光学系である。電子銃101によって生成された電子線3は、陽極102との電位差によってエネルギー数十キロ電子ボルトに加速され、絞り104、106および電磁レンズ103、105、107によって成形、縮小され、偏向器108によって偏向を受けて、試料1に照射され、回路パターン等が描画される。
【0011】
また、試料1は試料室を含む試料装置7の中で、試料保持機構109に固定され、試料移動機構110の上で水平方向に移動可能である。試料は試料交換室を含む試料交換装置8内に置かれた別の交換用試料111と自動的に交換可能で、複数の試料について連続して描画を行うことができる。これら電子光学系6、試料装置7、試料交換装置8等は、制御用計算機9によってコントロールされ、無人動作が可能になっている。
【0012】
電子銃101で発生した電子線はプラスの高電位をもつ陽極102に引かれる。電磁レンズ103、絞り104、電磁レンズ105、絞り106、電磁レンズ107、電子線偏向器108によって電子線は試料1に照射するように導かれる。
【0013】
制御用計算機による電子線描画装置への制御情報の流れは、矢印112に示すとおりである。
【0014】
ここで、電子線3の照射によって、絞り106からX線4が放出されている。このX線4はX線検出器2によって検出され、矢印113に示すようにX線エネルギースペクトル弁別器5に送られる。X線エネルギースペクトル弁別装置5では、そのX線観測信号をエネルギー分布に変換し、得られた情報を制御用計算機9に送り出している。
【0015】
X線検出器2、X線エネルギースペクトル弁別装置5を含めてX線検出手段と言う。
【0016】
試料移動機構110は、試料移動機構の動作を表す矢印114、115の方向に移動することにより、照射を受ける試料1の位置を変える。
【0017】
次に、検出されたX線から汚れ物質の量を判別する手段について説明する。図2は電子線を照射された原子の模式図である。
【0018】
図2において、原子201は試料を構成する原子であり、原子核202の周囲に電子203、204が配置されている。このように模式化した場合、もっとも原子核に近い軌道205をK殻と呼び、この軌道を回る203をK殻電子という、以下、原子核202に近い順にL殻、M殻等と名づけられている。図にはL殻206およびL殻電子204まで書かれている。
【0019】
ここに試料1に照射されている電子線3の一部である高速電子208が入射する。電子線描画装置をはじめほとんどの荷電粒子線装置においては、一般に照射された電子208は、原子201をその種類によらず励起させ、X線を放出させるに十分なエネルギーを持つ。さらにこのエネルギーは、ウラン原子など特に重い幾つかの原子をのぞくほとんどの種類の原子について、K殻電子203を反跳させるために十分なエネルギーである。入射電子208によってK殻電子203を一つ、二次電子209の形で失った原子207は、まもなく周辺のいずれかの電子213を空いたK殻211に捕獲し、差のエネルギーを電磁波の形で放出する。これがX線212である。原子から放出されるX線のうち、K殻のような内殻電子を原因として発生するX線をその原子の特性X線という。210は特性X線を放出する原子、212は放出される特性X線、213は空位を埋める電子、214は原子に入射する高速電子である。
【0020】
図3は、観測されるX線のエネルギースペクトルを模式的に示した概念図である。物質に電子線を照射して得られるX線スペクトルは、電子線の制動輻射等による連続したエネルギーをもつ連続X線301と、鋭いピークを持つ302、303のような特性X線からなっている。
【0021】
上で説明した特性X線の発生機構から、この特性X線のエネルギーまたは波長は原子の種類によって特徴的であり、特性X線の波長を測定することで、X線を放出している原子の種類を知ることができる。
【0022】
したがって、得られた特性X線の波長を炭素や水素、あるいは内壁(荷電粒子線の粒子線通路を形成する内壁)を構成する原子の原子番号と照合することで、汚れ物質が存在するかどうか、またどれくらいの密度で存在するかがわかり、電子線描画装置を停止させなくても、汚れ物質の蓄積を判別することができる。
【0023】
汚れ物質判別について説明する。図4の(a)において、電子線404および407が照射されている金属壁面401がある。図4の(c)にあるように壁面401に汚れ402が付いている場合、放出されるX線403および406のエネルギースペクトルを分析すると、図4の(b)、図4の(d)にそれぞれ示すように、壁面が放出するX線のエネルギースペクトル405および汚れ物質が付着した壁面が放出するX線のエネルギースペクトル408のように、構成する原子の原子番号の違いから、それぞれ異なった様相を示す。より具体的には、特性X線のピークのエネルギーが、スペクトル405に比べ408では異なった位置に新たに現れる(ピーク409)。このピークのエネルギーは物質の原子番号によって一義的に決定されるから、ピーク409の位置および高さから、汚れ物質の原子番号およびその量を知ることができる。
【0024】
本発明の解決すべき課題は、絞り、偏向器および粒子線通路の内壁を構成する部品のメンテナンス時期を知り、過不足なくメンテナンスを実施することである。X線によって検知した汚れの情報と、この知りたい情報を結びつけるために、スペクトルのどのピークがどのレベルに達したら交換を行うべきかという判断のほか、装置のどの位置のどの部品をメンテナンスすべきかという情報が必要になる。
【0025】
前者の判断については、他の計測手段によって求められる装置の性能を基準にすることができる。たとえば電子線描画装置の場合であれば、まず実験用の装置において電子線の位置精度等が低下した状態まで使用し、その状態におけるX線スペクトルを取得し、汚れ物質のピークの高さと金属によるピークの高さとの比の基準を作成する。実用稼動製品である装置においては、この両情報を用いて位置精度が低下する前に効率よい交換を行うことができ、また他の原因による性能低下と汚れによる性能低下を区別することができる。
【0026】
後者について述べる。どの部品をメンテナンスすべきかについては、同様に実験用の装置によって基準を求めることができるが、装置内に専用に設けられた荷電粒子偏向器を使用することで、または他の目的のために備えられた荷電粒子線偏向器を流用することで、汚れ物質が装置の内壁のどの位置に多く付着しているかを測定することもできる。
【0027】
図5に専用の偏向器を用いた場合の例を示す。図5の(a)、図5の(b)、図5の(c)は同一の荷電粒子線装置である。
【0028】
荷電粒子線の粒子線通路が内壁502で形成され、この内壁502に電子銃101(荷電粒子発生源)、絞り106、電子線偏向器108、専用の電子線偏向器501が内置される。電子銃101から放された電子線(荷電粒子線)は試料(照射対象)に向って照射粒子線通路内を通って試料に照射される。照射粒子線通路には、電子銃101、絞り106、および電子線偏向器108の一部が臨むように置くことも可能である。粒子線通路は、粒子線が減衰せずに照射対象に良く到達するように高い真空度に保たれている。
【0029】
専用の電子線偏向器501を用いて、荷電粒子線3を偏向して内壁502または絞り106に照射する。その位置からのX線4を検出器2で観測することで、照射部分の汚れを判別し、どの位置において汚れ物質が多いか、従ってその部分の部品をメンテナンスすべきかを知ることができる。この情報は、汚れ−性能の関係情報と合わせて用いるとさらに効果的になる。
【0030】
ここで、いま述べたように、専用ないし他と共用の偏向器を用いると、装置内部の任意の位置における部品の汚れを検知することができることを示したが、偏向器を全く用いず、装置が運転状態にある場合でも、装置の適切な位置に置かれたX線検出器を用いれば、汚れに関して概略的な情報を得ることができる。
【0031】
この機構について図6を用いて説明する。
【0032】
図6は、運転状態にある電子線描画装置であり、図1と異なり、電子線3が空間的広がりを持つように、現実に即して描いてある。一般に荷電粒子線装置においては、発生した電子ビームを絞りを用いて何段階かに分けて絞り、残った電子線を試料に照射している。図6においても、電子線3が絞り601によって絞られて電子線602となっている。
【0033】
また、試料へのビーム照射を高速でオン/オフするために「ブランカー」と呼ばれる機構を備えており、試料に照射されない電子線は、装置内の絞りの特定箇所に偏向照射され、停止される。図6においては、ブランカー604によって電子線が絞り603によって停止する様子が模式的に書かれている。X線検出器によって装置の稼動中に装置が放出するX線を検査すると、これら絞りなどの電子線照射部分について、汚れの検査をすることができる。
【0034】
装置の稼動中に電子線が照射される、装置内の部品は、一般に高温になり、電子線の通り道の近傍であることから、汚れやすいと同時に汚れによる影響が最も大きい部分であり、特性X線検出による汚れ量モニターを行う部分として適切である。
【0035】
また、装置稼動中の、絞り以外の直接電子線の照射を受けない部分についても、特性X線検出を行うことはある程度意味がある。図6において、荷電粒子線照射を受けた絞りは、反跳電子と呼ばれる反射電子を周囲に反射する。この電子の発生機構は、照射を受けた原子が内部にある電子を散乱されること、また照射荷電粒子が電子線である場合には入射した電子が内部にある原子に反射されることによって生じる。この二次電子は大きなエネルギーをもっている場合が少なくなく、絞り周辺の装置内構造にX線を発生させるに足るエネルギーをもっている。このX線によって、絞り周辺の装置内構造についても汚れ検査を行うことができる。図6においては、反跳電子605が電子線602を絞り603に照射することによって発生し、内壁に衝突してX線607を放出する様子が描かれている。実際の装置においては、絞りそのものから出るX線の強度がはるかに高いため(一次の荷電粒子線に比べ、二次電子のエネルギーと数が少ないため)、絞りからのX線を検知しないようにX線絞り606(X線コリメーター)等を用いて特定箇所からのX線を検出するよう注意する必要がある。
【0036】
上述した汚れ情報は、装置を常時監視し、装置のオペレーターに対して知らせるシステムとして実現することができる。このシステムについて、図7のブロック図に沿って説明する。
【0037】
汚れ監視装置としてのX線検出器2を備えた荷電粒子線装置701では、特定の汚れ物質に対応した特性X線のピークについて常時データ取得を行い、検出装置5において一定時間ごとのエネルギースペクトルを作成している。これがある一定量を越えた場合、オペレーターに対して、専用の信号機702(メンテナンス時期をオペレーターに明示する)ないし操作用コンピューター9を通じてメンテナンスが必要であるとの指示情報706(制御用計算機表示装置上に表示されたメンテナンス情報)を伝達する。
【0038】
707はX線エネルギースペクトル弁別器からメンテナンス時期をオペレーターに明示する装置に向かう情報の流れを模式的に表す矢印、708はX線検出器からX線エネルギースペクトル弁別器に向かう情報の流れを模式的に表す矢印、709はX線エネルギースペクトル弁別器から制御用計算機に向かう情報の流れを模式的に表す矢印、710は制御用計算機と荷電粒子線装置の間を流れる制御情報および装置の現在の状態に関するさまざまな情報の流れをまとめて模式的に表した矢印、711はX線エネルギースペクトル弁別器からメンテナンス時期情報を発信する情報機器への情報の流れを模式的に表す矢印である。
【0039】
検出装置5については、機能の一部を操作用コンピューター9に含むことも可能である。また、別の情報伝達経路として、インターネット(インターネットないし無線等による情報経路を模式的に表す稲妻形の形象704)ないし無線等のメンテナンス時期情報を発信する情報機器703、情報伝達路704を通じて、サービスマン等に直接情報を送ることもできる。サービスマンは、サービスマン等装置から離れた位置にいる者が持つメンテナンス時期に関する情報の受信装置705を携帯する。
【0040】
専用ないし他用途用の荷電粒子偏向器を用いた汚れ精査については、定期的に「汚れ検査動作」として実施することで、より詳しい汚れ情報を得ることができるシステムとして実現することも可能である。
【0041】
以上のように、本実施例によれば、電子線描画装置において、装置の内壁への汚れ物質の付着量を装置を分解することなくモニターすることができ、適切なメンテナンス時期を知ることができ、メンテナンスが容易になる。メンテナンスが適正な時期に行なえるので稼動効率のよい電子線描画装置または描画方法を提供することができる。
【0042】
【発明の効果】
本発明によれば、特性X線を検知することにより、分解することなく荷電粒子線装置の内壁の汚れを知ることができるので、メンテナンスが容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係るもので、電子線描画装置の概略を示す縦断面図。
【図2】電子線を照射された原子が特性X線を放出する経過を説明した模式図。
【図3】本発明の実施例に係るもので、得られるX線エネルギースペクトルを示す図。
【図4】本発明の実施例に係るもので、金属壁上に汚れ物質がある場合とない場合について測定されるX線エネルギースペクトルの差を示す図。
【図5】本発明の実施例に係るもので、専用の偏向器を用いて装置の内壁の汚れを探索する手順および方法について説明した荷電粒子線装置の縦断面図。
【図6】本発明の実施例に係るもので、荷電粒子線の装置内構造物への照射および照射によって発生する反跳電子によって発生したX線を検出する機構を示す図。
【図7】本発明の実施例に係るもので、得られた特性X線強度情報をオペレーター等に通報するシステムの構成を示した模式図。
【符号の説明】
1…試料、2…X線検出器、3…電子線、4…X線、5…X線エネルギースペクトル弁別器、6…電子光学系、7…試料室、8…試料交換室、9…制御用計算機、101…電子銃、102…陽極、103…電磁レンズ、104…絞り、105…電磁レンズ、106…絞り、107…電磁レンズ、108…電子線偏向器、109…試料保持機構、110…試料移動機構、111…交換用試料、112…制御用計算機による電子線描画装置への制御情報の流れを示す矢印、113…X線検出器からX線エネルギースペクトル弁別器への情報の流れを示す矢印、114…試料移動機構の動作を表す矢印、115…試料移動機構の動作を表す矢印、201…内壁等を構成する原子、202…原子核、203…K殻電子、204…L殻電子、205…K殻、206…L殻、207…X線によって励起された原子、208…原子において反跳した電子、209…二次電子、210…特性X線を放出する原子、211…K殻の空位、212…放出される特性X線、213…空位を埋める電子、214…原子に入射する高速電子、301…特性X線ピーク(Kα)、302…特性X線ピーク(Kβ)、303…連続X線、401…装置の金属壁面、402…炭化水素等による汚れ、403…金属面からのX線、404…金属面に入射する電子、405…金属面からのX線のエネルギースペクトル、406…汚れがある金属面からのX線、407…汚れがある金属面に入射する電子、408…汚れがある金属面からのX線のエネルギースペクトル、409…汚れ物質の特性X線のピーク、501…内壁に電子線を照射するための電子線偏向器、502…装置の内壁、601…電子線絞り、602…絞りによって絞られた電子線、603…電子線絞り、604…ブランカー、605…絞りによって反射された反跳電子、606…X線絞り、607…反跳電子によって励起された原子から放出されるX線、701…荷電粒子線装置本体、702…メンテナンス時期をオペレーターに明示する装置、703…メンテナンス時期情報を発信する情報機器、704…インターネットないし無線等による情報経路を模式的に表す稲妻形の形象、705…サービスマン等装置から離れた位置にいる者が持つメンテナンス時期に関する情報の受信装置、706…制御用計算機表示装置上に表示されたメンテナンス情報、707…X線エネルギースペクトル弁別器からメンテナンス時期をオペレーターに明示する装置に向かう情報の流れを模式的に表す矢印、708…X線検出器からX線エネルギースペクトル弁別器に向かう情報の流れを模式的に表す矢印、709…X線エネルギースペクトル弁別器から制御用計算機に向かう情報の流れを模式的に表す矢印、710…制御用計算機と荷電粒子線装置の間を流れる制御情報および装置の現在の状態に関するさまざまな情報の流れをまとめて模式的に表した矢印、711…X線エネルギースペクトル弁別器からメンテナンス時期情報を発信する情報機器への情報の流れを模式的に表す矢印。
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子線を用いて回路パターン等を半導体ウェハ等に描画する電子線描画装置、および電子線を用いて物体の拡大像を得る電子顕微鏡、およびその他の電子線ならびにイオンビーム応用装置等を含む荷電粒子線装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
内部に電子線またはイオンビームなどの荷電粒子線の発生機構を備え、電磁レンズ等を用いて細く絞って標的に照射する、電子顕微鏡、電子線描画装置等の荷電粒子線装置の課題の一つとして、荷電粒子線が通る粒子線通路の内壁の汚れによる定期的なメンテナンスの必要性がある。
【0003】
荷電粒子線は電磁的に形成された電子光学系またはイオンビーム光学系(荷電粒子光学系)を用いて目標に照射されるが、この荷電粒子線の通り道は、荷電粒子の平均自由行程を高く確保するため、一般によりも真空に保たれている必要がある。このため、電磁レンズ、永久磁石レンズ、電磁偏向器、絞り等、荷電粒子光学系の構成要素は、真空容器の周囲、もしくは一部真空容器の内部に配置される。
【0004】
この真空容器は、荷電粒子線装置の稼動中、真空に保たれているが、真空ポンプの性能的限界から、油分等の残留ガスや荷電粒子線標的からの脱離ガスを完全に取り除くことは困難である。装置の使用を続けると、残留ガスと荷電粒子の相互作用による、反応性の高い分子片(ラジカル)等の発生により、真空容器の内壁およびその他の装置内の構造物への汚れの付着が見られる。特に残留ガスに多く含まれる炭化水素による汚れの影響は大きく、容器内部部品への汚れの蓄積が発生する。
【0005】
荷電粒子線は電荷をもつため、電磁場による偏向を受けるが、この真空容器内の汚れに特に大きな影響を受ける。これは主として、金属製の部品の表面に、汚れによって絶縁膜が形成されることにより、反跳電子等による電荷が残存し、局所的な電場を形成するからであると考えられる。このため、荷電粒子線の針路を安定化し、装置の性能を維持するために、装置の絞り周辺など、特に荷電粒子線通路近傍で反跳電子の集中する位置の装置内構造物については、定期的なクリーニングまたは部品交換による汚れの除去が欠かせない。
【0006】
しかしながら、装置内部のクリーニングのためには、真空ポンプを停止し装置内部に大気を導入した上で、分解しなければならない場合がほとんどであり、そのためには装置の通常動作を停止させる必要がある。これは作業に多額の費用がかかるだけでなく、停止期間分の装置の生産性の低下を招き、避けたい事態である。電子線装置においては、これまで、装置を分解せず、ガスの導入により内部の汚れを除去するものや(例えば、特許文献1参照)、内壁に触媒を形成して汚れをつきにくくするもの(例えば、特許文献2参照)が知られているが、汚れの程度を調査することによって装置のクリーニング回数を減らすことができれば、生産性の向上に大きく寄与することができる。
【0007】
【特許文献1】
特開平9−245716号公報
【特許文献2】
特開2002−248338号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、荷電粒子線装置において、装置内の構造物の汚れを装置を分解することなく調査/検知し、適切なメンテナンス時期を知ることができるものを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目標を達成するために、本発明は、荷電粒子発生源から照射対象に至る過程で、荷電粒子線または反跳した反跳荷電粒子線の照射を受けるところから放出されるX線を検出し、かつ検出したX線から特性X線を検知するX線検出手段を備えることを特徴とする
【0010】
【発明の実施の形態】
図1は、荷電粒子線装置の一例として、電子線描画装置における実施形態の概略構成を表す縦断面図である。図1において、6は電子線を生成、収束させる機能を持つ電子光学系である。電子銃101によって生成された電子線3は、陽極102との電位差によってエネルギー数十キロ電子ボルトに加速され、絞り104、106および電磁レンズ103、105、107によって成形、縮小され、偏向器108によって偏向を受けて、試料1に照射され、回路パターン等が描画される。
【0011】
また、試料1は試料室を含む試料装置7の中で、試料保持機構109に固定され、試料移動機構110の上で水平方向に移動可能である。試料は試料交換室を含む試料交換装置8内に置かれた別の交換用試料111と自動的に交換可能で、複数の試料について連続して描画を行うことができる。これら電子光学系6、試料装置7、試料交換装置8等は、制御用計算機9によってコントロールされ、無人動作が可能になっている。
【0012】
電子銃101で発生した電子線はプラスの高電位をもつ陽極102に引かれる。電磁レンズ103、絞り104、電磁レンズ105、絞り106、電磁レンズ107、電子線偏向器108によって電子線は試料1に照射するように導かれる。
【0013】
制御用計算機による電子線描画装置への制御情報の流れは、矢印112に示すとおりである。
【0014】
ここで、電子線3の照射によって、絞り106からX線4が放出されている。このX線4はX線検出器2によって検出され、矢印113に示すようにX線エネルギースペクトル弁別器5に送られる。X線エネルギースペクトル弁別装置5では、そのX線観測信号をエネルギー分布に変換し、得られた情報を制御用計算機9に送り出している。
【0015】
X線検出器2、X線エネルギースペクトル弁別装置5を含めてX線検出手段と言う。
【0016】
試料移動機構110は、試料移動機構の動作を表す矢印114、115の方向に移動することにより、照射を受ける試料1の位置を変える。
【0017】
次に、検出されたX線から汚れ物質の量を判別する手段について説明する。図2は電子線を照射された原子の模式図である。
【0018】
図2において、原子201は試料を構成する原子であり、原子核202の周囲に電子203、204が配置されている。このように模式化した場合、もっとも原子核に近い軌道205をK殻と呼び、この軌道を回る203をK殻電子という、以下、原子核202に近い順にL殻、M殻等と名づけられている。図にはL殻206およびL殻電子204まで書かれている。
【0019】
ここに試料1に照射されている電子線3の一部である高速電子208が入射する。電子線描画装置をはじめほとんどの荷電粒子線装置においては、一般に照射された電子208は、原子201をその種類によらず励起させ、X線を放出させるに十分なエネルギーを持つ。さらにこのエネルギーは、ウラン原子など特に重い幾つかの原子をのぞくほとんどの種類の原子について、K殻電子203を反跳させるために十分なエネルギーである。入射電子208によってK殻電子203を一つ、二次電子209の形で失った原子207は、まもなく周辺のいずれかの電子213を空いたK殻211に捕獲し、差のエネルギーを電磁波の形で放出する。これがX線212である。原子から放出されるX線のうち、K殻のような内殻電子を原因として発生するX線をその原子の特性X線という。210は特性X線を放出する原子、212は放出される特性X線、213は空位を埋める電子、214は原子に入射する高速電子である。
【0020】
図3は、観測されるX線のエネルギースペクトルを模式的に示した概念図である。物質に電子線を照射して得られるX線スペクトルは、電子線の制動輻射等による連続したエネルギーをもつ連続X線301と、鋭いピークを持つ302、303のような特性X線からなっている。
【0021】
上で説明した特性X線の発生機構から、この特性X線のエネルギーまたは波長は原子の種類によって特徴的であり、特性X線の波長を測定することで、X線を放出している原子の種類を知ることができる。
【0022】
したがって、得られた特性X線の波長を炭素や水素、あるいは内壁(荷電粒子線の粒子線通路を形成する内壁)を構成する原子の原子番号と照合することで、汚れ物質が存在するかどうか、またどれくらいの密度で存在するかがわかり、電子線描画装置を停止させなくても、汚れ物質の蓄積を判別することができる。
【0023】
汚れ物質判別について説明する。図4の(a)において、電子線404および407が照射されている金属壁面401がある。図4の(c)にあるように壁面401に汚れ402が付いている場合、放出されるX線403および406のエネルギースペクトルを分析すると、図4の(b)、図4の(d)にそれぞれ示すように、壁面が放出するX線のエネルギースペクトル405および汚れ物質が付着した壁面が放出するX線のエネルギースペクトル408のように、構成する原子の原子番号の違いから、それぞれ異なった様相を示す。より具体的には、特性X線のピークのエネルギーが、スペクトル405に比べ408では異なった位置に新たに現れる(ピーク409)。このピークのエネルギーは物質の原子番号によって一義的に決定されるから、ピーク409の位置および高さから、汚れ物質の原子番号およびその量を知ることができる。
【0024】
本発明の解決すべき課題は、絞り、偏向器および粒子線通路の内壁を構成する部品のメンテナンス時期を知り、過不足なくメンテナンスを実施することである。X線によって検知した汚れの情報と、この知りたい情報を結びつけるために、スペクトルのどのピークがどのレベルに達したら交換を行うべきかという判断のほか、装置のどの位置のどの部品をメンテナンスすべきかという情報が必要になる。
【0025】
前者の判断については、他の計測手段によって求められる装置の性能を基準にすることができる。たとえば電子線描画装置の場合であれば、まず実験用の装置において電子線の位置精度等が低下した状態まで使用し、その状態におけるX線スペクトルを取得し、汚れ物質のピークの高さと金属によるピークの高さとの比の基準を作成する。実用稼動製品である装置においては、この両情報を用いて位置精度が低下する前に効率よい交換を行うことができ、また他の原因による性能低下と汚れによる性能低下を区別することができる。
【0026】
後者について述べる。どの部品をメンテナンスすべきかについては、同様に実験用の装置によって基準を求めることができるが、装置内に専用に設けられた荷電粒子偏向器を使用することで、または他の目的のために備えられた荷電粒子線偏向器を流用することで、汚れ物質が装置の内壁のどの位置に多く付着しているかを測定することもできる。
【0027】
図5に専用の偏向器を用いた場合の例を示す。図5の(a)、図5の(b)、図5の(c)は同一の荷電粒子線装置である。
【0028】
荷電粒子線の粒子線通路が内壁502で形成され、この内壁502に電子銃101(荷電粒子発生源)、絞り106、電子線偏向器108、専用の電子線偏向器501が内置される。電子銃101から放された電子線(荷電粒子線)は試料(照射対象)に向って照射粒子線通路内を通って試料に照射される。照射粒子線通路には、電子銃101、絞り106、および電子線偏向器108の一部が臨むように置くことも可能である。粒子線通路は、粒子線が減衰せずに照射対象に良く到達するように高い真空度に保たれている。
【0029】
専用の電子線偏向器501を用いて、荷電粒子線3を偏向して内壁502または絞り106に照射する。その位置からのX線4を検出器2で観測することで、照射部分の汚れを判別し、どの位置において汚れ物質が多いか、従ってその部分の部品をメンテナンスすべきかを知ることができる。この情報は、汚れ−性能の関係情報と合わせて用いるとさらに効果的になる。
【0030】
ここで、いま述べたように、専用ないし他と共用の偏向器を用いると、装置内部の任意の位置における部品の汚れを検知することができることを示したが、偏向器を全く用いず、装置が運転状態にある場合でも、装置の適切な位置に置かれたX線検出器を用いれば、汚れに関して概略的な情報を得ることができる。
【0031】
この機構について図6を用いて説明する。
【0032】
図6は、運転状態にある電子線描画装置であり、図1と異なり、電子線3が空間的広がりを持つように、現実に即して描いてある。一般に荷電粒子線装置においては、発生した電子ビームを絞りを用いて何段階かに分けて絞り、残った電子線を試料に照射している。図6においても、電子線3が絞り601によって絞られて電子線602となっている。
【0033】
また、試料へのビーム照射を高速でオン/オフするために「ブランカー」と呼ばれる機構を備えており、試料に照射されない電子線は、装置内の絞りの特定箇所に偏向照射され、停止される。図6においては、ブランカー604によって電子線が絞り603によって停止する様子が模式的に書かれている。X線検出器によって装置の稼動中に装置が放出するX線を検査すると、これら絞りなどの電子線照射部分について、汚れの検査をすることができる。
【0034】
装置の稼動中に電子線が照射される、装置内の部品は、一般に高温になり、電子線の通り道の近傍であることから、汚れやすいと同時に汚れによる影響が最も大きい部分であり、特性X線検出による汚れ量モニターを行う部分として適切である。
【0035】
また、装置稼動中の、絞り以外の直接電子線の照射を受けない部分についても、特性X線検出を行うことはある程度意味がある。図6において、荷電粒子線照射を受けた絞りは、反跳電子と呼ばれる反射電子を周囲に反射する。この電子の発生機構は、照射を受けた原子が内部にある電子を散乱されること、また照射荷電粒子が電子線である場合には入射した電子が内部にある原子に反射されることによって生じる。この二次電子は大きなエネルギーをもっている場合が少なくなく、絞り周辺の装置内構造にX線を発生させるに足るエネルギーをもっている。このX線によって、絞り周辺の装置内構造についても汚れ検査を行うことができる。図6においては、反跳電子605が電子線602を絞り603に照射することによって発生し、内壁に衝突してX線607を放出する様子が描かれている。実際の装置においては、絞りそのものから出るX線の強度がはるかに高いため(一次の荷電粒子線に比べ、二次電子のエネルギーと数が少ないため)、絞りからのX線を検知しないようにX線絞り606(X線コリメーター)等を用いて特定箇所からのX線を検出するよう注意する必要がある。
【0036】
上述した汚れ情報は、装置を常時監視し、装置のオペレーターに対して知らせるシステムとして実現することができる。このシステムについて、図7のブロック図に沿って説明する。
【0037】
汚れ監視装置としてのX線検出器2を備えた荷電粒子線装置701では、特定の汚れ物質に対応した特性X線のピークについて常時データ取得を行い、検出装置5において一定時間ごとのエネルギースペクトルを作成している。これがある一定量を越えた場合、オペレーターに対して、専用の信号機702(メンテナンス時期をオペレーターに明示する)ないし操作用コンピューター9を通じてメンテナンスが必要であるとの指示情報706(制御用計算機表示装置上に表示されたメンテナンス情報)を伝達する。
【0038】
707はX線エネルギースペクトル弁別器からメンテナンス時期をオペレーターに明示する装置に向かう情報の流れを模式的に表す矢印、708はX線検出器からX線エネルギースペクトル弁別器に向かう情報の流れを模式的に表す矢印、709はX線エネルギースペクトル弁別器から制御用計算機に向かう情報の流れを模式的に表す矢印、710は制御用計算機と荷電粒子線装置の間を流れる制御情報および装置の現在の状態に関するさまざまな情報の流れをまとめて模式的に表した矢印、711はX線エネルギースペクトル弁別器からメンテナンス時期情報を発信する情報機器への情報の流れを模式的に表す矢印である。
【0039】
検出装置5については、機能の一部を操作用コンピューター9に含むことも可能である。また、別の情報伝達経路として、インターネット(インターネットないし無線等による情報経路を模式的に表す稲妻形の形象704)ないし無線等のメンテナンス時期情報を発信する情報機器703、情報伝達路704を通じて、サービスマン等に直接情報を送ることもできる。サービスマンは、サービスマン等装置から離れた位置にいる者が持つメンテナンス時期に関する情報の受信装置705を携帯する。
【0040】
専用ないし他用途用の荷電粒子偏向器を用いた汚れ精査については、定期的に「汚れ検査動作」として実施することで、より詳しい汚れ情報を得ることができるシステムとして実現することも可能である。
【0041】
以上のように、本実施例によれば、電子線描画装置において、装置の内壁への汚れ物質の付着量を装置を分解することなくモニターすることができ、適切なメンテナンス時期を知ることができ、メンテナンスが容易になる。メンテナンスが適正な時期に行なえるので稼動効率のよい電子線描画装置または描画方法を提供することができる。
【0042】
【発明の効果】
本発明によれば、特性X線を検知することにより、分解することなく荷電粒子線装置の内壁の汚れを知ることができるので、メンテナンスが容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係るもので、電子線描画装置の概略を示す縦断面図。
【図2】電子線を照射された原子が特性X線を放出する経過を説明した模式図。
【図3】本発明の実施例に係るもので、得られるX線エネルギースペクトルを示す図。
【図4】本発明の実施例に係るもので、金属壁上に汚れ物質がある場合とない場合について測定されるX線エネルギースペクトルの差を示す図。
【図5】本発明の実施例に係るもので、専用の偏向器を用いて装置の内壁の汚れを探索する手順および方法について説明した荷電粒子線装置の縦断面図。
【図6】本発明の実施例に係るもので、荷電粒子線の装置内構造物への照射および照射によって発生する反跳電子によって発生したX線を検出する機構を示す図。
【図7】本発明の実施例に係るもので、得られた特性X線強度情報をオペレーター等に通報するシステムの構成を示した模式図。
【符号の説明】
1…試料、2…X線検出器、3…電子線、4…X線、5…X線エネルギースペクトル弁別器、6…電子光学系、7…試料室、8…試料交換室、9…制御用計算機、101…電子銃、102…陽極、103…電磁レンズ、104…絞り、105…電磁レンズ、106…絞り、107…電磁レンズ、108…電子線偏向器、109…試料保持機構、110…試料移動機構、111…交換用試料、112…制御用計算機による電子線描画装置への制御情報の流れを示す矢印、113…X線検出器からX線エネルギースペクトル弁別器への情報の流れを示す矢印、114…試料移動機構の動作を表す矢印、115…試料移動機構の動作を表す矢印、201…内壁等を構成する原子、202…原子核、203…K殻電子、204…L殻電子、205…K殻、206…L殻、207…X線によって励起された原子、208…原子において反跳した電子、209…二次電子、210…特性X線を放出する原子、211…K殻の空位、212…放出される特性X線、213…空位を埋める電子、214…原子に入射する高速電子、301…特性X線ピーク(Kα)、302…特性X線ピーク(Kβ)、303…連続X線、401…装置の金属壁面、402…炭化水素等による汚れ、403…金属面からのX線、404…金属面に入射する電子、405…金属面からのX線のエネルギースペクトル、406…汚れがある金属面からのX線、407…汚れがある金属面に入射する電子、408…汚れがある金属面からのX線のエネルギースペクトル、409…汚れ物質の特性X線のピーク、501…内壁に電子線を照射するための電子線偏向器、502…装置の内壁、601…電子線絞り、602…絞りによって絞られた電子線、603…電子線絞り、604…ブランカー、605…絞りによって反射された反跳電子、606…X線絞り、607…反跳電子によって励起された原子から放出されるX線、701…荷電粒子線装置本体、702…メンテナンス時期をオペレーターに明示する装置、703…メンテナンス時期情報を発信する情報機器、704…インターネットないし無線等による情報経路を模式的に表す稲妻形の形象、705…サービスマン等装置から離れた位置にいる者が持つメンテナンス時期に関する情報の受信装置、706…制御用計算機表示装置上に表示されたメンテナンス情報、707…X線エネルギースペクトル弁別器からメンテナンス時期をオペレーターに明示する装置に向かう情報の流れを模式的に表す矢印、708…X線検出器からX線エネルギースペクトル弁別器に向かう情報の流れを模式的に表す矢印、709…X線エネルギースペクトル弁別器から制御用計算機に向かう情報の流れを模式的に表す矢印、710…制御用計算機と荷電粒子線装置の間を流れる制御情報および装置の現在の状態に関するさまざまな情報の流れをまとめて模式的に表した矢印、711…X線エネルギースペクトル弁別器からメンテナンス時期情報を発信する情報機器への情報の流れを模式的に表す矢印。
Claims (8)
- 荷電粒子発生源から照射対象に至る過程で、荷電粒子線または反跳した反跳荷電粒子線の照射を受けるところから放出されるX線を検出し、かつ検出したX線から特性X線を検知するX線検出手段を備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
- 荷電粒子線を発生させる荷電粒子発生源と、前記荷電粒子線を絞る絞り手段と、絞った荷電粒子線を偏向する偏向手段とを有し、偏向した荷電粒子線を照射対象に照射する荷電粒子線装置において、
前記照射対象に到達するまでの過程で、前記荷電粒子線および該荷電粒子線による反跳荷電粒子線の照射を受けるところから放出されるX線を検出し、かつ検出したX線から特性X線を検知するX線検出手段を備えることを特徴とする荷電粒子線装置。 - 請求項1または請求項2記載の荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子線は電子線であることを特徴とする荷電粒子線装置。 - 請求項1または請求項2記載の荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子線はイオンビームであることを特徴とする荷電粒子線装置。 - 請求項2記載の荷電粒子線装置において、
前記照射対象に向って走る前記荷電粒子線の粒子線通路を形成する内壁を有し、前記絞り手段、前記偏向手段を前記粒子線通路に臨むように設け、
前記内壁ないし前記絞り手段で反跳した反跳荷電粒子線が前記内壁の他の部位に照射されて放出されるX線を前記X線検出手段で検出することを特徴とする荷電粒子線装置。 - 請求項1、請求項2、請求項5の何れか一つにおいて、
前記X線検出手段はX線検出器を含み、このX線検出器に特定方向以外からの到来するX線を制限するX線コリメーターを備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。 - 請求項2記載の荷電粒子線装置において、
前記照射対象に向って走る前記荷電粒子線の粒子線通路を形成する内壁を有し、前記絞り手段、前記偏向手段を前記粒子線通路に臨むように設け、
前記粒子線通路が真空に保たれていることを特徴とする荷電粒子線装置。 - 請求項7記載の荷電粒子線装置において、
前記X線検出手段でX線を検出する際に前記荷電粒子線に偏向を加える専用の偏向器を
前記粒子線通路内に設けたことを特徴とする荷電粒子線装置。
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