JP2007227250A - 検査装置及び検査装置の予備排気室を真空排気する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】予備排気室の真空排気時に結露が生じることがない検査装置を提供することにある。
【解決手段】試料室１０と予備排気室２０とを備えた検査装置において、予備排気室２０内を真空排気する前に、試料ホルダ２上に保持された試料１を予備排気室２０内に配置し、大気側ゲート弁２２閉じ、給気弁２８を開け、２〜４気圧の乾燥窒素を予備排気室２０内に導入する。大気開放弁２６を開き、予備排気室２０内の空気が排気され、乾燥窒素に置換される。
【選択図】図１

Description

本発明は電子線、荷電粒子線等を用いた検査装置に関し、特に、検査装置に設けられた予備排気室の真空排気技術に関する。

半導体ウエハを検査する検査装置では、試料を保持する試料室に予備排気室が接続されている。試料を、真空の試料室に搬入するとき、先ず、予備排気室に搬入する。次に、試料が搬入された予備排気室を真空排気する。予備排気室が真空になったら、予備排気室と試料室を接続するゲートを開き、試料を予備排気室から試料室に搬入する。

予備排気室を真空排気するとき、予備排気室内の空気が断熱膨張し、それによって温度が低下する。この温度低下によって、空気中の水分が凝縮し、それが試料上に落下することがある。また、予備排気室の内壁に結露が生じることがある。
特開２０００−３６５２９号公報

予備排気室の真空排気時の結露を回避するために、排気速度を遅くして断熱膨張を緩和する方法もある。しかしながらこの方法では、排気時間が長くなる欠点がある。

本発明の目的は、予備排気室の真空排気時に結露が生じることがない検査装置を提供することにある。

本発明によると、試料室と予備排気室とを備えた検査装置において、予備排気室内を真空排気する前に、予備排気室内の空気を乾燥した不活性ガスによって置換する。

本発明によると、予備排気室の真空排気時に結露が生じることがない。

図１を参照して本発明による検査装置の構成を説明する。本例の検査装置は、試料室１０、電子光学系を収納する鏡筒９、及び、予備排気室２０を有する。試料室１０と鏡筒９は接続されており、共に真空排気されている。試料室１０と予備排気室２０は通路１１によって接続されており、通路１１には試料室側ゲート弁１２が設けられている。予備排気室２０と大気は通路２１によって接続され、通路２１には、大気側ゲート弁２２が設けられている。

試料室１０の底部には、試料室排気管１３が接続されている。試料室排気管１３には、試料室排気弁１４と図示しない真空排気装置が設けられている。真空排気装置は例えば真空ポンプである。試料室排気弁１４を開け、真空排気装置を運転することによって、試料室１０内は真空排気される。

予備排気室２０の底部には、予備排気室排気管２３及び大気開放管２５が接続されている。予備排気室排気管２３には、予備排気室排気弁２４と図示しない真空排気装置が接続されている。予備排気室排気弁２４を開け、真空排気装置を運転することによって、予備排気室２０内は真空排気される。

大気開放管２５には、大気に接続された大気開放弁２６が設けられている。大気開放弁２６は、逆止弁であり、且つ、所定の圧力より大きくなると開き、所定の圧力より小さくなると閉じる。大気開放弁２６の作動圧は、大気圧より高ければよい。大気開放弁２６は、制御弁又はリリース弁であってよい。予備排気室２０内が大気圧より高くなり更に所定の圧力より高くなると、大気開放弁２６が開き、予備排気室２０内の気体は、大気に放出される。それによって、予備排気室２０内は大気圧になる。

予備排気室２０の天井部には、給気管２７が接続されている。給気管２７には、給気弁２８及び図示しない給気タンクが接続されている。給気弁２８を開けることによって、給気タンクより予備排気室２０内に乾燥窒素が導入される。本例では、乾燥窒素を使用するが、乾燥窒素以外の乾燥した不活性ガスであってもよい。

図１を参照して、試料１を外部から予備排気室２０内に搬入し、更に試料室１０に搬入する工程を説明する。試料室側ゲート弁１２が閉じている状態で、予備排気室排気弁２４及び給気弁２８を閉じ、大気側ゲート弁２２を開ける。予備排気室２０内は大気圧となり、大気開放弁２６は閉じている。次に、試料１を、外部から通路２１を経由して予備排気室２０内に搬入し、試料ホルダ２上に固定する。次に、試料１が搬入された予備排気室２０内を真空排気する。この処理は、図２を参照して説明する。

次に、予備排気室２０内の試料１を試料室１０に搬入する工程を簡単に説明する。予備排気室２０内は真空排気されているものとする。試料室側ゲート弁１２を開ける。次に、試料ホルダ２上に保持された試料１を、試料ホルダ２と共に、通路１１を経由して予備排気室２０から試料室１０に搬入する。次に、試料室側ゲート弁１２を閉じる。

次に、試料室１０内の試料１を予備排気室２０内に搬入する工程を簡単に説明する。試料室側ゲート弁１２を開ける。尚、予備排気室２０内は真空排気されているものとする。次に、試料ホルダ２上に保持された試料１を、試料ホルダ２と共に、通路１１を経由して試料室１０から予備排気室２０に搬入する。次に、試料室側ゲート弁１２を閉じる。給気弁２８を開ける。それによって、乾燥窒素が予備排気室２０内に注入される。予備排気室２０内の圧力が大気圧となったら、大気側ゲート弁２２を開け、試料１を、通路２１を経由して外部に搬送する。

図２を参照して本発明により予備排気室を真空排気する方法を説明する。ここでは、図１に示すように、試料ホルダ２上に保持された試料１が予備排気室２０内に配置されているものとする。ステップＳ０００１にて、大気側ゲート弁２２を閉じる。ステップＳ０００２にて、給気弁２８を開ける。それによって、２〜４気圧の乾燥窒素が、予備排気室２０内に導入される。予備排気室２０内の圧力が上昇する。ステップＳ０００３にて、大気開放弁２６が開き、予備排気室２０内の空気が、大気開放管２５を経由して排気される。それによって、予備排気室２０内の空気は、乾燥窒素によって置換される。予備排気室２０内の圧力は大気圧となり、大気開放弁２６は自動的に閉じる。ステップＳ０００４にて、給気弁２８を閉じる。このとき、予備排気室２０内は、大気圧の乾燥窒素によって充填されている。

ステップＳ０００５にて、予備排気室排気弁２４を開ける。それによって、予備排気室２０内は真空排気される。

本例では、ステップＳ０００２にて、給気弁２８を開け、それによって、予備排気室２０内の圧力は、２〜４気圧に上昇する。しかしながら、予備排気室２０内の圧力が上昇すると、瞬時に、ステップＳ０００３にて、大気開放弁２６が開く。大気開放弁２６が開き、予備排気室２０内の圧力が大気圧になると、瞬時に、大気開放弁２６が閉じる。そこで、ステップＳ０００４にて、給気弁２８を閉じる。このような動作によって、予備排気室２０内は略完全に乾燥窒素によって置換される。

こうして本発明によると、予備排気室２０を真空排気する前に、予備排気室２０内の空気を乾燥窒素によって置換するため、次のステップＳ０００５にて、予備排気室排気弁２４を開け、断熱膨張が起きても、結露が生じることはない。また、予備排気室２０内の空気を乾燥窒素によって置換するため、予備排気室２０内の塵が大気開放管２５を経由して外部に排出される。特に、粒径0.16μｍ以下の異物を減少させることができる。なお、粒径0.08μｍ以下の異物についても効果がある。本発明によると、予備排気室２０の壁面への水分付着が無いため、高真空領域での真空排気時間を短縮する効果もある。

ステップＳ０００２の給気弁２８の開放からステップＳ０００４の給気弁２８の閉鎖までの時間が乾燥窒素の注入時間である。乾燥窒素の注入時間は、予備排気室２０内の空気が乾燥窒素によって十分置換される時間が望ましく、予備排気室２０の容積、乾燥空気の圧力及び流量によって異なり、例えば、１０秒程度である。

本発明によると、給気管２７と給気弁２８は、予備排気室２０内の試料１を外部に搬送するときと、図２を参照して説明したように予備排気室２０を真空排気するときの両方の場合に使用する。予備排気室２０内の試料１を外部に搬送する場合には、乾燥窒素の圧力を高圧にする必要はない。従って、予備排気室２０内の試料を外部に搬送するときに使用する給気管及び給気弁と、図２を参照して説明した予備排気室を真空排気するときに使用する給気管及び給気弁を別個に設けてもよい。

図３を参照して、乾燥窒素の注入時間の他の例を説明する。図３は、給気弁２８が開き、乾燥窒素３１が予備排気室２０内に注入され、大気開放弁２６が開き、予備排気室２０より空気３２が放出している状態を示す。予備排気室２０内にて試料１より上の空間の空気が乾燥窒素３３によって置換され、試料１より下の空間には、空気３４が残留している。本例では、この状態のとき給気弁２８を閉じる。従って、本例では、乾燥窒素の注入時間は、予備排気室２０内の全ての空気が乾燥窒素によって置換されるのに必要な時間の半分から1/4程度の時間となる。尚、本例では、予備排気室２０内に乾燥窒素を注入しても、予備排気室２０内の圧力は高くならない。従って、大気開放弁２６の作動圧を予め低い値に設定しておく必要がある。

図４は本発明による検査装置の他の例を示す。本例では、予備排気室２０内の天井部に仕切り板２９が設けられている。仕切り板２９は、試料１の上方に且つ試料１を囲むように配置されている。こうして仕切り板２９を設けることによって、予備排気室２０内に注入された乾燥窒素が試料１の上側の空間に効率的に集められる。従って、試料１の上側の空間の空気は効率的に乾燥窒素によって置換される。本例では、乾燥窒素の注入時間は、予備排気室２０内の全ての空気が乾燥窒素によって置換されるのに必要な時間より充分短くなる。尚、仕切り板２９が試料１の搬入搬出を妨害する場合には、可動式にすればよい。

図５を参照して、本発明による予備排気室を真空排気する方法の他の例を説明する。図２に示したように、本発明によると、従来の方法と比べて、乾燥窒素の注入の工程が追加されるため、予備排気室２０を真空排気する処理に要する時間が長くなる。一方、検査装置では、試料１を予備排気室２０に挿入した後、試料１の固定やアライメントを行う場合がある。そこで、本例では、乾燥窒素の注入と並行して、試料１の固定やアライメントを行うため、予備排気室を真空排気する処理に要する時間が長くならない。

図５の処理が図２の処理と異なるのは、ステップＳ０００６の試料の固定の処理が追加されている点である。このステップＳ０００６の処理は、ステップＳ０００２からステップＳ０００４までの処理と並行して行う。

なお、ここでは、試料１を固定した後に、予備排気室排気弁２４を開放する場合について説明した。試料１の固定が終了する前に予備排気室排気弁２４を開放しても不具合の生じない機構の場合には、試料１の固定が終了する前に予備排気室排気弁２４を開放し、真空排気を開始してもよい。試料１のアライメントに関しても同様である。

図６は、本発明の検査装置の第２の例を示す。本例では、乾燥窒素の代わりに乾燥アルゴンを用いる。アルゴンの比重は、空気の比重より大きい。本例では、予備排気室２０の底部には、予備排気室排気管２４及び給気管２７が接続されている。予備排気室排気管２３には、予備排気室排気弁２４と図示しない真空ポンプが接続されている。給気管２７には、給気弁２８及び図示しない給気タンクが接続されている。

予備排気室２０の天井部には、大気開放管２５が接続されている。大気開放管２５には、大気に接続された大気開放弁２６が設けられている。

アルゴン６１は、予備排気室２０の底部に設けられた給気管２７から注入される。大気開放弁２６が開き、予備排気室２０の天井に設けられた大気開放管２５から外部に空気６２が排出される。予備排気室２０内に注入されたアルゴン６３は、予備排気室２０内の試料１の下側に充填される。それによって、予備排気室２０内の上部に空気６４が移動する。従って、試料１の上方の空間の空気を、アルゴンによって完全に置換するには、充分な量のアルゴンが必要である。

以上述べたように、本発明によると、検査装置の試料室に設けられた予備排気室を真空排気する前に、予備排気室内の空気を乾燥窒素等の不活性ガスによって置換する。そのため、真空排気時に断熱膨張に起因して温度が低下しても、水分の凝縮を防止することができる。更に、予備排気室内の空気を乾燥窒素等の不活性ガスによって置換することにより、塵が排出される。それにより、試料への異物付着を防止することができる。また、予備排気室の壁面への水分付着が無くなり、高真空領域での真空排気時間を短縮することができる。

以上本発明の例を説明したが本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは当業者によって容易に理解されよう。

本発明による検査装置の主要部の構成を示す図である。 本発明による検査装置の予備排気室を真空排気する方法を説明するための説明図である。 本発明による検査装置の予備排気室を真空排気する方法の他の例を説明するための説明図である。 本発明による検査装置の主要部の構成の他の例を示す図である。 本発明による検査装置の予備排気室を真空排気する方法の更に他の例を説明するための説明図である。 本発明による検査装置の主要部の構成の更に他の例を示す図である。

符号の説明

１…試料、２…試料ホルダ、９…電子光学系鏡筒、１０…試料室、１１…通路、１２…試料室側ゲート弁、１３…試料室排気管、１４…試料室排気弁、２０…予備排気室、２１…通路、２２…大気側ゲート弁、２３…予備排気室排気管、２４…予備排気室排気弁、２５…大気開放管、２６…大気開放弁、２７…給気管、２８…給気弁、２９…仕切り板

Claims (12)

1. 検査用の試料を保持する真空排気された試料室と、検査前の試料又は検査後の試料を一時的に保管する予備排気室と、上記予備排気室に乾燥した不活性ガスを注入するための給気弁と、上記予備排気室を大気開放するための大気開放弁と、を有し、上記予備排気室内を真空排気する前に、上記給気弁を開け、上記大気開放弁を開けることによって、上記予備排気室内の空気を乾燥した不活性ガスによって置換することを特徴とする検査装置。
2. 請求項１記載の検査装置において、上記大気開放弁は、上記予備排気室内の圧力が所定の圧力を超えたとき、開き、上記予備排気室内の圧力が大気圧に戻ったとき、閉じる制御弁であることを特徴とする検査装置。
3. 請求項１記載の検査装置において、上記給気弁は上記予備排気室の天井側に設けられ、上記大気開放弁は上記予備排気室の底部側に設けられていることを特徴とする検査装置。
4. 請求項１記載の検査装置において、上記給気弁を開けてから所定の時間が経過したとき、上記給気弁を閉じることを特徴とする検査装置。
5. 請求項１記載の検査装置において、上記不活性ガスは窒素であることを特徴とする検査装置。
6. 請求項１記載の検査装置において、上記予備排気室内の空気のうち、上記検査前の試料の上側の空間の空気のみを乾燥した不活性ガスによって置換することを特徴とする検査装置。
7. 請求項１記載の検査装置において、上記予備排気室内には、上記検査前の試料の上側に、上記乾燥した不活性ガスを溜めるための仕切り板が設けられていることを特徴とする検査装置。
8. 検査用の試料を保持する真空排気された試料室と、検査前の試料又は検査後の試料を一時的に保管する予備排気室と、上記試料室と上記予備排気室の間に設けられた第１のゲート弁と、上記予備排気室内を真空排気するための予備排気室排気弁と、上記予備排気室に乾燥した窒素を注入するための給気弁と、上記予備排気室を大気開放するための大気開放弁と、を有し、上記予備排気室排気弁を開けて上記予備排気室内を真空排気する前に、上記予備排気室内の空気を乾燥窒素によって置換することを特徴とする顕微鏡装置。
9. 請求項８記載の顕微鏡装置において、上記大気開放弁は、上記予備排気室内の圧力が所定の圧力を超えたとき、開き、上記予備排気室内の圧力が大気圧に戻ったとき、閉じる制御弁であることを特徴とする顕微鏡装置。
10. 請求項８記載の顕微鏡装置において、上記給気弁を開けてから所定の時間が経過したとき、上記給気弁を閉じることを特徴とする顕微鏡装置。
11. 検査用の試料を保持する真空排気された試料室と、検査前の試料又は検査後の試料を一時的に保管する予備排気室と、を備えた検査装置の予備排気室を真空排気する方法において、
    試料が保持された予備排気室を密閉状態にすることと、
    上記予備排気室内に乾燥窒素を注入することと、
    上記予備排気室内の圧力が所定の圧力になったら上記予備排気室を大気開放することと、
    上記予備排気室内の圧力が大気圧に戻ったら上記予備排気室を密閉することと、
    上記乾燥窒素の注入を停止することと、
    上記予備排気室内を真空排気することと、
    を含む検査装置の予備排気室を真空排気する方法。
12. 請求項１１記載の検査装置の予備排気室を真空排気する方法において、検査前の試料の固定、又は、検査前の試料のアライメントを、上記予備排気室が大気開放されてから密閉されるまでの間で行うことを特徴とする検査装置の予備排気室を真空排気する方法。

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