JP2007227382A - 荷電粒子ビーム装置 - Google Patents

Abstract

【課題】試料の帯電及び／又は汚染を軽減した荷電粒子ビーム装置を提供する。
【解決手段】荷電粒子ビーム３１を供給するための粒子供給源１３、１４、１６と、荷電粒子ビームを試料上に指向するための光学装置１８、２０、２２、２４、２６、２７と、試料の帯電及び／又は汚染を軽減するためのオゾンユニットを含む。オゾンユニットはオゾン供給源３４、３５、３６と、オゾンガス流を試料２８に指向するための試料ノズルユニット３８を含む。更に、粒子供給源と、光学装置と、検出装置３０と、検出装置の帯電及び／又は汚染を軽減するためのガスユニットを含む。ガスユニットはガス供給源３４、３５、３７と、ガス流を検出装置に指向するための検出装置ノズルユニット４０を含む。更に、本発明は本発明による荷電粒子ビーム装置の操作方法を提供する。
【選択図】図２

Description

発明の分野

本発明は、検査システム、試験システム、リソグラフィシステム等用の荷電粒子ビーム装置に関する。また、本発明はその操作方法に関する。更に詳細には、本発明は試料及び／又は検出装置の帯電及び／又は汚染が低減される荷電粒子ビーム装置及びその操作方法に関する。

発明の背景

荷電粒子ビーム装置は複数の工業分野において様々な役割を果たしており、製造中の半導体装置の検査、リソグラフィ用の露光システム、検出装置、試験装置が含まれるがこれに限定されものではない。従って、マイクロメータ及びナノメータスケールで試料を構成、検査することへの高い需要がある。

マイクロメータ及びナノメータスケールでのプロセス制御、検査又は構成は、荷電粒子ビーム、電子顕微鏡や電子ビームパターン発生装置等の荷電粒子ビーム装置内で発生・集束される荷電粒子ビーム、例えば電子ビームを用いて行われることが多い。荷電粒子ビームは、例えば光子ビームと比較すると、その波長が短いことから空間分解能がより優れている。

荷電粒子ビームを試料に指向する場合、荷電粒子のタイプ、エネルギー、衝突方向によっては、荷電粒子と材料、特には試料表面との間に複数の相互反応が起こる場合がある。これらの相互反応は、電子等の粒子の反応場所での放出につながる場合がある。概して、以下の記載について、二次電子、後方散乱電子、及びオージェ電子を区別する必要はない。簡略化のために、これら３つのタイプの電子を「二次電子」と呼ぶものとする。検査用途において、二次電子は二次電子が受け取った情報を処理するための手段に連結された検出装置に記録される。

しかしながら、なかでも、当該技術分野には荷電粒子ビームを試料に向ける際に生じる大きな問題が２つある。

まず最初に、特に絶縁サンプルを取り扱う際、サンプルは荷電粒子ビームによって帯電させられる。典型的には、荷電粒子が電子の場合、サンプルは負に帯電し、荷電粒子がイオンの場合、サンプルは正に帯電する。しかしながら、イオンビームによって試料を負に帯電、あるいは電子ビームによって正に帯電させることも可能である。帯電は試料の材料、荷電粒子エネルギー、撮像一次粒子ビームに対する試料の角度にも依存する。材料が絶縁性であればあるほど、サンプルはより帯電する。

第２の大きな問題点は汚染である。概して、荷電粒子ビームは真空中に存在する炭化水素分子を分裂させ、サンプルと検出装置上に炭素層を堆積する。この汚染により、検出装置及び／又はサンプルが損傷を受け、撮像の質が悪化する。特に、電子ビーム検査において、検出装置は数十又は数百ナノアンペアの検出電流を受け入れなくてはならず、この電流が検出装置上に炭素層を形成しその寿命を短縮する。典型的には、電子ビーム検査で利用される検出装置は、その感度が炭素層によって大きく影響を受けるピンダイオードである。

当該技術分野においては、試料の帯電を逃がすための方法が幾つか知られている。例えば、ドイツ国特許公開第３３３２２４８号Ａ１は、試料表面上にガス流を指向することを教示している。荷電粒子ビームとの相互反応により、ガス分子は陽イオンと電子とにイオン化される。電子のエネルギーは低いため、電子は負に帯電した試料表面で跳ね返されるが、正に帯電したイオンは試料にひきつけられ試料表面から電子を吸収する。その後、非荷電となったガス分子は試料表面から排気される。

米国特許第６５５５８１５号Ｂ２は不活性ガス、例えばＮ_２、ＣＯ_２、ＳＦ_６又は希ガスをサンプル表面上に注入する方法を記載している。国際公開第ＷＯ９８／３２１５３号によると、走査電子顕微鏡内の、電子ビームが試料に衝突する位置に不活性ガスを注入することで、電子ビームによる不活性ガスのイオン化により試料上に蓄積された電荷を中和している。更に、国際公開第ＷＯ９８／３２１５３号は、走査フレーム間に走査領域に正の電荷を何回ものフレーム周期に渡って大量に流すことで試料上に正の電荷が帯電することを低減することを教示している。米国特許第６１８２６０５号には、試料を粒子ビームによって改変するための装置が記載されている。この文献は、ジメチル金トリフルオロアセチルアセトネート等のガスを試料の改変領域に供給し、試料のビーム相互反応領域にガス雰囲気を形成することを提案している。粒子ビームとガス分子との相互作用により化学的に活性な原子とラジカルとが発生し、ビーム相互作用領域にて試料と相互作用する。

上述の汚染問題を克服するために、米国特許第５９８１９６０号は、荷電粒子ビームが通過・整形・偏向させられるところのチャンバへとオゾンガスを導入する方法及び装置を教示している。ガスは所望の位置に照射され、一方荷電粒子ビームはチャンバを通して照射されることになっている。汚染材料によるウェハ上のレジストからのチャージアップドリフトはオゾンの自浄によって回避することができる。更に、米国特許第５３１２５１９号及び米国特許第５４６６９４２号は、荷電ビーム装置を洗浄するための方法を開示しており、その方法においてはオゾンを荷電粒子ビーム装置のチャンバ内へと導入している。しかしながら、問題はカソードは概してガス、特には酸素への曝露に対して非常に敏感であるということである。従って、オゾンがカソードと接触することを防止しなくてはならない。この問題は、例えば米国特許第５９８１９６０号により、複数のチャンバを備えた荷電粒子ビーム装置を提供することにより部分的に克服される。

当該技術分野における問題点は、特には、例えば電子ビームウェハ及びマスク検査・計測で使用する高電流密度低電圧電子ビームシステムにおいて困難である。これらの用途において、試料は高電流のために急激に帯電される。また、低電圧のため、高電圧ビームシステムと比較して帯電が比較的高いため、荷電粒子が再指向されてしまう。これは撮像の悪さにつながる。更に、高電流低電圧プローブが熱電界放出（ショトキー）又は冷電界放出カソードによって発生する。しかしながら、これらのカソードタイプはガス、特には酸素への曝露に非常に敏感である。

従って、本発明の目的は当該技術分野における問題点の少なくとも一部を克服することである。本発明の目的は、特に、帯電及び／又は汚染効果を低減する荷電粒子ビーム装置及びその操作方法を提供することである。

発明の概要

本発明は、改善された荷電粒子システムを提供する。本発明の実施形態において、独立請求項１、４による荷電粒子ビーム装置と独立請求項２６、２７による荷電粒子ビーム装置の操作方法が提供される。

本発明の更なる利点、構成、態様及び詳細は特許請求の範囲、詳細な説明及び添付図面から明らかである。

一態様において、試料を照射するための荷電粒子ビームが提供され、荷電粒子ビームを供給するための粒子供給源と、荷電粒子ビームを試料に指向するための光学装置と、試料の帯電及び／又は汚染を低減するためのオゾンユニットとを含み、ユニットはオゾン供給源とオゾンガス流を試料に指向するための試料ノズルユニットとを備える。

他の態様において、試料を照射するための荷電粒子ビーム装置が提供され、荷電粒子ビームを供給するための粒子供給源と、荷電粒子を試料に指向するための光学装置と、二次電荷粒子を検出するための検出装置と、検出装置の帯電及び／又は汚染を低減するためのガスユニットを備え、ユニットはガス供給源と、検出装置へガス流を指向するための検出装置ノズルユニットを備える。

更に他の態様において、試料の照射方法が提供され、荷電粒子ビームを供給し、荷電粒子ビームを試料上へ指向し、試料へオゾンガス流を指向することを含む。

更に他の態様において、試料の照射方法が提供され、荷電粒子ビームを供給し、荷電粒子ビームを試料上へ指向し、試料からの二次荷電粒子を検出し、二次荷電粒子の検出を行う場所へガス流を指向すること含む。

本発明による試料の照射は試料の改変として理解してもよい。典型的な改変用途としては、試料の構成又はレジストの荷電粒子ビームへの曝露が挙げられる。また、リソグラフィは本発明の典型的な応用例である。また、試料の照射は例えば試料を検査するための試料の画像化として理解してもよい。

典型的な実施形態においては、本発明のノズルユニットは１つ以上のノズル及び／又は毛細管を備えていてもよい。ノズルユニットは電極又は荷電制御キャップ等の光学装置に一体化させてもよい。典型的な実施形態においては、ガス供給源はガス流制御装置とガス発生装置を含んでいてもよく、酸素タンク等の発生装置供給源へと連結されている。試料は試料台に載せてもよく、試料台は、典型的には、荷電粒子ビームと試料との間の傾斜角度を変化させるための傾斜機構を備えている。選択的に又は追加的に、荷電粒子ビームと試料との角度を変化させるために光学カラムは傾斜可能であってもよい。オゾンガスは、少量とは言えない量のオゾン分子を供給するガスとして理解されるものとする。オゾンガス中の典型的なオゾン量は約０．１％から１０％、例えば０．２％より多く１％以下である。つまり、オゾンガスにおけるオゾンの割合は、典型的には、本発明による荷電粒子ビームの操作がオゾンと試料及び／又は検出装置との相互作用にとって有益なものとなるよう選択する。しかしながら、用途によっては、１０％、１５％又は２０％さえも超える高濃度を用いてもよい。典型的な実施形態において、本発明の荷電粒子ビーム装置はガスを排気するための及び／又は低圧力とするための１つ以上のポンプを備える。更に、少なくとも１つの開口部を設けてもよい。典型的には、検出装置ノズルユニットは検出装置の近傍に、一方、試料ノズルユニットは試料近傍に位置させてもよい。

また、本発明は開示の方法を実施するための装置に係り、記載の方法の各工程を実施するための装置を含む。これらの方法工程はハードウェアコンポーネント、適切なソフトウェアによってプログラムされたコンピュータ、この２つの組み合わせ、又はその他の方法で行ってもよい。更に、本発明は、記載の装置の操作方法にも関するものである。装置の各機能を実施するための方法工程を含む。

詳細な説明

本発明の用途の範囲を制限することなく、以下において、荷電粒子ビーム装置又はそのコンポーネントの模範例として電子ビーム装置又はそのコンポーネントに言及する。電子ビームは特には検査、点検、計測用に利用してもよい。本発明を、その他の荷電粒子、例えばイオン、及び／又はその他の二次及び／又は後方散乱荷電粒子の供給源を用いた装置及び／又はコンポーネントに応用して試料の画像を得ることも可能である。

典型的には、本発明は高検出効率とそれに伴う高検出速度と同様に高プローブ電流を有する粒子ビーム検査システムに関するものである。特には、本発明は電子ビームシステムに関する。

以下の図面の説明において、同一の要素には同一の参照番号を使用している。一般的に、個々の実施形態の違いのみを記載している。

図1ａは本発明の第１実施形態を示す。この実施形態において、電子ビーム源１３は試料台２９上に載せられた試料２８に衝突するまで光軸１２に沿って進行する電子ビーム３１を放出する。試料材料と電子の相互作用により、二次電子３２が相互作用位置にて放出される。負に帯電した電子により、特に絶縁性の高い試料の場合、試料は帯電する。更に、電子が炭化水素分子を分裂するため、サンプル２８上に炭素層が堆積される。帯電と汚染を低減するため、本発明においては、オゾンガス流を試料上に指向させる。オゾンガスは供給源３４によって供給され、ホース、チューブ、チャネル、ダクト、カナル、パイプ等、又はその組み合わせによって試料上の電子衝突位置近傍にまで導かれる。簡略化のために、ガス流を輸送するための手段は、以下、全て供給管と称する。供給管３６の端部にはノズルユニット３８が取り付けられており、試料の電子衝突位置周囲を取り囲むオゾンガス雲を指向させて発生することができる。概して、本実施形態に限られることではないが、ノズルユニットは小径パイプの開口部であってもよい。ノズルユニットは、典型的には、試料に近接して位置される。電子ビーム装置の全て又は一部はある特定の低圧レベルの真空チャンバ内に設置してもよい。

試料近傍の電子ビームに向けて排出されたオゾンガスは、２通りに機能する。一方において、オゾンガスはイオンに分解し、サンプルの帯電を取り除く。もう一方において、オゾンガスは試料表面の不要な炭素層と相互作用し、表面から炭素を除去する。このようにして、帯電と汚染効果の双方が低減又は回避され、撮像品質が向上する。更に、ノズルユニットによってガス流が試料上の電子衝突位置に指向されているため、オゾン感応性カソードがオゾンガス、特にはガス中のオゾン、及び酸素等のその他の成分と接触することを防止することができる。これにより、酸素化合物への曝露に対して敏感な荷電粒子ビーム装置のカソード及びその他の部品の寿命と動作有効性が延びる。

一般に、本発明は試料がマスクである場合に特に有利である。この場合、本発明の装置及び方法によりマスクの汚染が軽減される。更に、本発明の装置及び方法は特に負の帯電の軽減を可能とする。

図１ｂは本発明の第２実施形態を示す。この実施形態において、電子ビーム源１３は試料台２９上に載せられた試料２８に衝突するまで光軸１２に沿って進行する電子ビーム３１を放出する。試料材料と電子との相互作用により、二次電子３２が相互作用位置にて放出され、検出装置３０によって検出される。一般に、この実施形態に限定されるものではないが、二次電子の測定は光電子増倍管等に連結されたシンチレータ型検出装置によって実施することが可能である。検出信号は画像処理能力を有し得る、かつ様々な方法で検出信号を処理可能な処理ユニット（図示せず）によって処理される。典型的な処理方法には、走査方向に対して検出信号の振幅を反映する電圧信号を発生することを含む。電圧信号を更に処理して、検査する構成要素の少なくとも１つの端部及び／又はその他の断面フィーチャの位置を測定しても良い。

電子は、試料と検出装置との間の領域の大気中に存在する炭化水素分子を分裂させるため、検出装置３０上に炭素層が堆積される。この炭素の堆積が検出装置の汚染となり、装置の感度と安定性の低下につながる。実用において、これは検出装置の寿命が何故短く、時々交換しなくてはならない理由の一つである。検出装置の汚染を低減するために、本発明においては、ガス流を検出装置上に指向する。例えば、ガスはオゾンであってもよい。しかしながら、その他のガスも利用可能である。ガスは供給源３４によって供給され、ホース、チューブ、チャネル、ダクト、カナル、パイプ等、又はその組み合わせによって検出装置試料近傍にまで導かれる。簡略化のために、ガス流を輸送するための手段は、以下、全て供給管と称するものとする。供給管３７の端部にはノズルユニット４０が取り付けられており、二次電子の検出装置３０上への衝突位置周囲を取り囲むガス雲を指向させて発生することができる。ノズルユニットは、典型的には、検出装置に近接して位置される。電子ビーム装置の全て又は一部はある特定の真空レベルの真空チャンバ１１内に設置してもよい。

検出装置に向かってかつ沿って流れるガス流のため、検出装置の汚染効果を低減、更には回避することさえ可能となる。その結果、検出装置の寿命が延び、検出装置を従来のように頻繁に交換する必要がない。また、汚染によって生じ得る検出装置の帯電が軽減される。これらの用途で使用するガスの典型例は、その高反応性からオゾンである。その他のガスも利用可能である。これにより、ガスは炭素が検出装置表面上に堆積することを防止及び、適用するガスの反応性によっては、検出装置表面上にすでに堆積された炭素を除去する目的の双方に使用される。

図２は本発明の別の実施形態を示す。この実施形態においては供給源３４からのガス流は供給管３６と試料ノズルユニット３８を経由して試料２８へと指向される。更に、ガス流は供給管３７及び検出装置ノズルユニット４０を経由して検出装置３０へと指向される。図４ａ−４ｅで更に詳細に説明するように、供給源３４は１つの供給源又は２つのガスタンク等の２つの分離供給源から構成することができる。また、検出装置ノズルユニットと検出装置ノズルユニットに供給するための供給管３６及び３７は、共通供給管部位を備えていてもよい。更に、ガス流を制御する手段を供給源と検出装置ノズルユニット及び／又は試料ノズルユニットの間に配置してもよい（図４ｂ、４ｃ、４ｅ参照）。

図２に図示の実施形態は、図示の配置によりサンプル及び／又は検出装置の帯電及び／又は汚染の軽減が可能となることから特に有利である。撮像品質は、当該技術分野で既知の装置と比較して格段に改善することができる。

図３ａ−ｃは本発明の更に別の実施形態を示す。電子はカソード１４によって放出され、アノード１６に向かって加速される。電子ビーム３１は、光軸１２に沿って伝播しながら、多数の光学装置を通過して導かれる。

一般に、図示の実施形態に限定されるものではないが、ビームは集束、圧縮、平行化、整列、フィルタ、減速及び／又は加速、偏向、非点収差補正等される。これを行うために、以下の光学装置、つまり磁気レンズ、静電レンズ、複合磁気静電レンズ、ウィーンフィルタ、コンデンサ、アライナ、コリメータ、偏向器、加速装置、減速装置等から成る群の１つ以上をビーム路程上に配置してもよい。

図３ａ−３ｃにおいては、これらの光学装置の一部、つまり集光レンズ等のレンズ１８、開口部２０、アライナ／偏向器２２、開口部２４、レンズ２６、偏向器２７が模範例として示されている。この配列は一例に過ぎず、例えばコリメータ又はフィルタといった光学装置も更に設置し得る。概して、偏向器は焦点レンズの手前又は後方に配置される。サンプルと焦点レンズとの間の作動距離を最小にしなくてはならない場合、偏向器を焦点レンズの手前に配置することが望ましい。図示の光学装置は光学カラム１０内に配置される。光学カラムの真空レベルは高くてもよい。図７ａ及び７ｂに関して以下でより詳細に説明するように、荷電粒子ビーム装置内の真空レベルを異なるものにすることが可能である。差動排気開口部９によって光学カラム１０は試料チャンバ、つまり試料が設置されているチャンバから隔離されている。通常、光学カラムの下部、例えば対物レンズに隣接して又はレンズ内に減速電極（図示せず）も取り付けることが可能である。図３ａ−３ｃにおいて、番号２６は対物レンズを示す。通常、減速電極はアノードによってすでに加速されている電子の運動エネルギーを低減する。図３ａ−３ｃにおいて、参照番号１６はアノードを示す。

図３ａに図示の実施形態において、供給源３４からのオゾンガスは供給管３６を経由して試料２８へと導かれ、ノズルユニット３８によって試料上の電子衝突位置に指向される。

図３ｂに図示の実施形態において、供給源３４からのガスは供給管３７を経由して検出装置に導かれ、ノズルユニット４０によって検出装置表面に指向される。典型的には、ガスは例えば酸素分子を供給されたオゾン発生装置によって発生させたオゾンを含んでいてもよい。

図３ｃに図示の実施形態において、供給源３４からのガスは供給管３６を経由して試料２８へ、供給管３７を経由して検出装置３０へと双方に導かれる。ガスはノズルユニット３８によって試料上の電子衝突位置に、ノズルユニット４０により検出装置表面へと指向される。典型的には、ガスは例えば酸素分子を供給されたオゾン発生装置によって発生させたオゾンを含んでいてもよい。

図４ａ−４ｅはガス供給源３４の異なる実施形態を示す。

図４ａはガス供給源３４の二部式実施形態を示し、３４ａはガス発生装置を、３４ｂは発生装置供給源を示す。例えば、問題のガスをオゾンすると、オゾンはオゾン発生装置として機能する発生装置３４ａ内で発生させられる。発生装置３４ａには例えば酸素Ｏ_２を供給してもよく、酸素は酸素タンク等の発生装置供給源３４ｂから得られる。あるいは、発生装置３４ａに空気、又は解離してオゾンを形成可能な酸素原子を含むその他のガス状、液状、又は固体状材料を供給してもよい。

図４ｂはガス流制御装置３５に連結されたガス供給源３４を示す。ガス流制御装置は供給管３６及び／又は３７を通過するガス流を制御する。概して、本発明のガス流制御装置は以下のモードで運転してもよい。
ａ）連続モード。ガス流は一定に維持される。
ｂ）パルスモード。ガス流を時間の経過に伴い周期的に変化させる。典型的なパルス周期は１から１００秒、例えば５、１０、又は５０秒、更には７０又は８５秒である。しかしながら、用途によっては、上で挙げたパルス周期より短いもの又は長いものも使用し得る。パルスモードはガス流が全くない間隔を含んでいてもよい。その反対に、パルスモードは最大ガス流の間隔を含んでいてもよい。また、ガス流はガス流が徐々に増大又は減少する間隔を含んでいてもよい。更に、ガス流は階段関数等の形状を有していてもよい。更に、パルスは荷電粒子ビーム装置の操作者が制御するものであっても、あるいは別の信号によって始動させるものであってもよい。例えば、単一パルスのガス流を画像取得に先立って始動させてもよい。
ｃ）監視モード。ガス流は荷電粒子ビーム装置の操作者が制御してもよい。あるいは、又は補助的に、ガス流を別の信号によって始動させてもよい。こういった信号はガス流密度と速度に影響を与え得る１つ以上の要因を感知するセンサから得ることが可能である。例えば、ガス流はサンプルの交換動作によって始動させることができる。一実施形態において、ガス流は、検査したサンプルが取り除かれ、新しいサンプルを検査及び／又は構成のために装填した際に停止させられる。検出装置でのガス流も、検出装置からの信号によって始動させることができる。一実施形態において、検出装置信号がある特定の閾値を下回っている場合、検出装置へのガス流供給を開始又は増量することができる。その他の実施形態において、ガス流は検出装置電流密度によって、又はサンプルの電荷挙動によって始動される。これらの実施形態は監視モードの例にすぎない。当然のことながら、その他の強さもガス流制御装置を始動させるものとして利用可能である。特に、記載の実施形態の全ての組み合わせが可能である。例えば、ガス流制御装置はサンプル交換動作及び試料の帯電により始動させることができる。

ガス流制御装置は、ガス分子が検出装置ノズルユニット及び／又は試料ノズルユニットから排出される際のガス分子の密度及び速度を制御してもよい。

図４ｂにおいて、ガス流制御装置３５に連結されたセンサ５０が図示されている。センサによりガス流の制御に必要又は役立つ情報を制御装置に送ってもよい。特に、センサにより、前述の段落ｃ）に記載したような始動情報を制御装置に供給してもよい。こういったセンサはここで記載の本発明の実施形態全てに適用し得る。以下において、簡略化のために、図面及び記載から省略している。

図４ｃは図４ｂの実施形態を示し、ガス供給源３４は図４ａで説明した発生装置３４ａと発生装置供給源３４ｂを備える。

図４ｄに示されるように、ガス流供給源３４は平行ガス流供給源３４ｙ及び３４ｚも備えていてもよい。これはこれらの実施形態おける典型的な配置の１つであり、ガス流はサンプルと検出装置の双方に指向される。この場合、例えば、ガス流３４ｚは供給管３７を介して検出装置ノズルユニット４０にガスを供給することができ、その一方ガス供給源３４ｙは供給管３６を介してサンプルノズルユニット３８にガスを供給することができる。供給源３４ｙ及び３４ｚのそれぞれ又は少なくとも１つは発生装置３４ａと発生装置供給源３４ｂを備えていてもよい。あるいは、供給源３４ａ及び／又は３４ｂは液体を充填したタンク、例えばオゾンタンクである。加えて、ガス供給源３４ｙは試料ノズルユニット３８にオゾンガスを供給するが、特定の実施形態において、検出装置に指向するためのガスは異なるガス、例えば空気、酸素、窒素等であってもよい。

更に、図４ｅ及び図７ｂに示すように、ガス供給源３４ｙ及び３４ｚのそれぞれ又は少なくとも１つにガス流制御装置３５ｙ及び３５ｚを個々に連結してもよい。２つのガス流を個別に制御することにより、検出装置上のガス流を試料のガス流とは独立して作動させることができる。各ガス流制御装置は異なるセンサ信号によって始動させてもよい。例えば、検出装置のガス流に関与するガス流制御装置は検出装置の電流密度によって作動させ、試料のガス流に関与するガス流制御装置はサンプルの帯電強度によって作動させてもよい。

図５ａ−５ｇは本発明の更なる実施形態を示す。

図５ａにおいて、オゾンガスは供給管３６と試料ノズルユニット３８を経由して試料２８に指向される。偏向器４２に向かって移動する二次電子は偏向され、検出装置に到達するまで動き続ける。

図５ｂにおいて、ガス供給源３４からのガス流は供給管ノズルユニット３７と検出装置ノズルユニット４０を介して検出装置へと指向される。

一般に、本明細書に記載の実施形態の全てにおいて、検出装置はビームカラム内部に完全又は部分的に配置してもよい。あるいはビームカラムの外側に配置してもよい。例えば、図３ａ−３ｃにおいて検出装置はビームカラムの外側に位置されているが、少なくとも部分的には試料真空チャンバ８内にある。また、検出装置を完全に真空チャンバ内部に配置してもよい。図５ａ−５ｇにおいて、検出装置３０はビームカラム内部に部分的に配置されている。偏向器の位置は、ガス流が偏向器に向けられている場合、供給管とノズルユニットを荷電粒子ビーム装置の光学装置を干渉することなく配置可能とするようなものでなくてはならない。更に、本明細書に記載の実施形態の全てにおいて、二次荷電粒子を偏向、フィルタ及び／又は収集するための手段を適用することが有用である。こういった手段の一例がビーム分離装置４２を備えた図５ａ−５ｇに図示されている。ビーム分離装置は、試料に向かって進行する一次荷電粒子と、試料から進行してくる二次荷電粒子ビームとを分離する。ビーム分離装置は本発明のその他の実施形態にも適用し得る。ビーム分離装置は静電式、磁気式、又は静電・磁気複合型偏向器、例えばウィーンフィルタであってもよい。

図５ｃは図５ａの実施形態を示し、ガス流制御装置は供給源３４と試料ノズルユニット３８との間に配置されている。ガス流制御装置は試料２８へのオゾンの供給を制御する。ガス流制御装置は図４ａ−４ｅに関連して記載したように、１つ以上のセンサに連結することができる。また、本実施形態に限定されるものではないが、ガス流制御装置は操作者によって手動でガス流を調整するための手段を備えていてもよい。

図５ｄは図５ｂの実施形態を示し、ガス流制御装置は供給源３４と検出装置ノズルユニット４０との間に配置される。ガス流制御装置は検出装置３０へのガスの供給を制御する。ガス流制御装置は図４ａ−４ｅに関連して記載したように、１つ以上のセンサに連結することができる。また、本実施形態に限定されるものではないが、ガス流制御装置は操作者によって手動でガス流を調整するための手段を備えていてもよい。

図４ａ−４ｅに関連して説明したように、ガス供給源３４はガス発生装置３４ａと発生装置供給源３４ｂを備えていてもよい。これは図５ｅにも図示されている。一実施形態において、検出装置表面上に指向されるガスはオゾンを含む。この場合、発生装置３４ａはオゾン発生装置であり、例えば酸素タンク又は単に周囲からの空気である発生装置供給源３４ｂに連結されている。

図５ｆはガス流が試料と検出装置の双方に指向されている一実施形態を示す。ガス供給源３４は１つの共通供給源として示されているが、図４ｄに関連して説明したように２つの異なる供給源から成るものであってもよい。

図５ｇは図５ｆの実施形態を示し、個々の制御装置３５ｙと３５ｚは、検出装置ノズルユニット４０とガス供給源３４との間同様に、試料ノズルユニット３８とガス供給源３４の間に配置されている。制御装置３５ｚは検出装置３０へのガス流を制御し、その一方、制御装置３５は試料２８へのガス流を制御する。ガス供給源３４は１つ又は２つのガス発生装置と１つ又は２つの発生装置供給源を備えていてもよい。

図６ａは本発明の更なる実施形態を示す。図６ａにおいて、オゾンガス流はガス流制御装置３５を経由してガス供給源３４から荷電制御キャップ３９へと導かれる。

荷電制御キャップ３９の考えられうる２つの実施形態が図６ｂと６ｃに図示されている。図６ｂの荷電制御キャップは第１電極３９ａと第２電極３９ｂを備える。試料の帯電により、第１電極と第２電極は異なる電位に設定される。更に、オゾン供給管３６は電極３９内に続いて、オゾンガスが試料に指向されるところの試料ノズルユニット３８にオゾンガスを通過させるためにチャネル３６ａ等が設けられている。更に、偏向装置ポールピース（図示せず）を第１又は第２電極に平行又はその脇に配置することが可能である（即ち、光軸１２と同じ高さ）。

選択的に、チャネル３６ａを備える第２電極３９ｂを第１電極３９ａ上に配置してもよい。つまり、第１電極３９ａは試料と第２電極３９ｂとの間に配置される。この配置は図６ｃに示される。

図７ａ−７ｃは本発明の更なる実施形態を示す。上述したように、試料及び／又は検出装置に指向するために使用するガス、例えばオゾンガスは荷電粒子ビーム装置内の供給源、特には熱電界放出（いわゆる「ショトキー」）エミッタ又は冷電界エミッタを汚染及び損傷する場合がある。本発明、特には本明細書に記載の全ての実施形態は、ガスが必要な領域にガスを局所的に集積する。ガスの局所的な供給と、指向させたノズルユニットによってガスが試料及び／又は検出装置に指向されることから、ごくわずかなアグレッシブガスしか粒子ビーム源には到達しないことが理解できる。

本発明の実施形態にはこの効果を増強するものもある。これらは以下の図に模範的に図示されている。図７ａ−７ｃに示される実施形態においては、ガスを排気するためのポンプ５０が設けられている。ノズルユニット３８によって試料に指向されたオゾンガスは試料と相互反応する。これにより、試料の帯電及び／又は汚染が軽減される。これらの相互反応を経た後、オゾンガスを試料チャンバから除去する必要がある。これを行うために、吸引開口部５２を試料に近接して配置し、供給管４８を介してポンプ５０に連結する。ポンプ５０はガスを排気可能な装置全てを指す。ポンプはガス流制御装置の運転に関して上述したものと同じモードで制御してもよい。特に、ポンプは監視モードで制御してもよい。更に、ポンプはガス流制御装置と同期させて制御してもよい。

図７ｂに図示の実施形態においては、ノズルユニット４０によって検出装置３０に指向されるガスは検出装置表面を汚染する粒子と相互反応する。これに続き、ガスは吸引開口部５２と供給管４８を介してポンプ５０によって排気される。ポンプ５０はガスを排気可能な装置全てを指す。ポンプはガス流制御装置の運転に関して上述したものと同じモードで制御してもよい。特に、ポンプは監視モードで制御してもよい。更に、ポンプはガス流制御装置と同期させて制御してもよい。

図７ｃに示すように、ノズルユニット３８によって試料に指向されたオゾンガスとノズルユニット４０によって検出装置３０に指向されたガスの双方は、相互反応を経た後、供給管４８と吸引開口部５２を介してポンプ５０によって吸引除去される。ポンプは図７ａ又は７ｂに関連して上述したように操作してもよい。更に、いくつかのポンプを配置することが可能であり、例えば第１ポンプを検出装置に近接させて配置した吸引開口部に連結、第２ポンプを試料に近接させて配置した吸引開口部に連結する。

一般に、吸引開口部は、典型的には、試料及び／又は検出装置に指向されたガスの全て又は大部分を排出可能なように配置される。従って、典型的な配置が図７ａ−７ｃに図示され、吸引開口部は試料及び／又は検出装置に導かれるガスのガス流方向に位置される。

図８ａ−８ｂに図示の更なる実施形態においては、オゾン等のガスに敏感な荷電粒子ビーム装置の部品、特には供給源の保護は、少なくとも１つの差動排気区域を設けることによって増強することが可能である。荷電粒子ビーム装置の供給源はガス、特にはそれがＯ⁻、Ｏ_２又はＯ_３を含有する場合、に敏感である。典型的には、これらの排気区域はガスに曝露される位置、つまり試料及び／又は検出装置表面、及び粒子ビーム供給源の間に配置してもよい。荷電粒子ビーム用の排気開口部は排気区域間に配置される。これらの差動排気開口部の少なくとも１つは典型的には０．５ｍｍより小さい。これは、特には、供給源の敏感なカソードに到達してその輝度性能を低下させるオゾン等のガスの量を確実にゼロ又はごく微量にするためである。

図８ａを参照すると、発生装置供給源３４ｂによって供給されるガス発生装置３４ａによって供給されたガス流はガス流制御装置３５ｚによって制御され、供給管３７を経由して検出装置３０に導かれる。図７ａ−７ｃに関連して説明の吸引開口部及びそれぞれのポンプも、図８ａ−８ｂの実施形態に設けることが可能である。ポンプ４４ａ−４４ｄを配置して、真空チャンバ１１ａ−１１ｄに異なる真空レベルを作り出す。異なる真空レベルのチャンバは開口部４６ａ−４６ｃによって隔てられている。典型的には、供給源チャンバ１１ａ、つまり荷電粒子ビーム装置の供給源を含むチャンバの真空レベルは、試料チャンバ１１ｄのような下層チャンバの真空レベルよりも高い。

図８ｂにおいて、オゾンは試料に向けて指向される。ガスはガス発生装置３４ａによって供給され、発生装置は発生装置供給源３４ｂによって供給される。ガス流はガス流制御装置３５ｙによって制御され、供給管３６と荷電制御キャップ３９を介して試料２８に指向される。図８ａ−８ｂの荷電制御キャップ３９は、例えば、図６ｂ又は６ｃに図示のものが可能である。しかしながら、図８ａ及び８ｂの実施形態の荷電制御キャップの使用は模範例にすぎない。試料にオゾンガスを指向させるためのその他の手段、例えば上述したような試料２８に近接させて配置した供給管３６とノズルユニット３８の組み合わせも使用することができる。ポンプ４４ａ−４４ｄを配置して、真空チャンバ１１ａ−１１ｄに異なる真空レベルを作り出す。異なる真空レベルのチャンバは開口部４６ａ−４６ｃによって隔てられている。典型的には、供給源チャンバ１１ａ、つまり荷電粒子ビーム装置の供給源を含むチャンバの真空レベルは試料チャンバ１１ｄのような下層チャンバの真空レベルよりも高い。

図８ｃに図示の実施形態においては、ガスは検出装置と試料に向かって指向される。異なる供給源３４ａ、３４ｂ及び／又はガス流制御装置３５ｙ、３５ｚの代わりに供給管３６及び供給管３７を共通ガス供給源、例えば共通オゾン発生装置に連結することができる。

典型的には、真空チャンバ１１ａ−１１ｄの真空レベルは異なり、供給源チャンバ１１ａの真空レベルが最も高く、試料チャンバ１１ｄの真空レベルが最も低い。よって、これらの実施形態において、チャンバを高い位置に配置すればするほど、即ち供給源により近いほど、真空レベルは高くなる。

図９ａ−９ｃは試料ノズルユニット及び／又は検出装置ノズルユニットとして使用可能なノズルユニットの更なる実施形態を示す。通常、本発明の全ての実施形態において、標準的なノズルユニットが使用可能である。こういったノズルユニットは、小径パイプの開口部にもなり得る。本発明の応用という趣旨において、環境に向かって指向されたガス流を発生させるための各開口部はノズルユニットとして理解される。

典型的には、ノズルユニットは供給管への接続口と、ガス流を環境に指向させるための排出開口部とを備える。典型的には、排出開口部は供給管口の反対側に位置する。更に、供給管口の直径は典型的には排出開口部の直径より大きい。ノズルユニットの実施形態において、直径は供給管口から排出開口部へと向かって徐々に減少する。

上述のノズルユニットの代わりに、以下の図面に記載のノズルユニットを本発明の実施形態で使用してもよい。図９ａ及び９ｂはノズルユニットの縦断面を示し、一方図９ｃは図９ａ−９ｂのノズルユニットの断面を示す。図９ａに示されるように、ノズルユニット３８又は４０は一連の毛細管を備えていてもよい。図９ａの実施形態において、これらの毛細管は互いに平行に配置される。通常、本実施形態に限定されるものではないが、毛細管の直径は典型的には数μｍである。図９ａに示されるような毛細管構造を有するノズルユニットのガスビーム開口部角度は１０°よりも小さい値に調節することが可能である。３°更には２．５°もの値が可能である。これは図９ａによって点線で示されている。これによりガス流拡散の制御が向上し、結果として、オゾン又は酸素等のアグレッシブガスから荷電粒子ビームの敏感な部分をより良く保護することができる。

図９ｂに図示の実施形態においては、一連の毛細管は、その軸が球形に対して直角になるよう配置される。通常、毛細管の縦軸、つまり毛細管中のガス流方向に対応する軸はガス流方向において互いに交差するように配置してもよい。このようにすることでガス流を集束することが可能となる。図９ｂの実施形態において、毛細管は基本的に対称的に配置される。従って、毛細管の縦軸は図面の左手の位置で交差する。集束特性を示す毛細管構造を有するノズルユニットを適用することにより、ガス流を必要な位置に指向させることが可能である。この位置は検出装置表面及び／又は試料であってもよい。集束特性により、０°から−１５°のガスビーム開口部角度を達成することができる。つまり、毛細管構造を有しないノズルユニットから排気されるガス流とは反対に、毛細管の排出口から排出された後の全体ガス流直径は排出口位置での毛細管の直径よりも小さい。図９ｂにおいて、尖形ガス流は点線で示されている。ガス原子及び／又は分子の環境への拡散は、図７ａ−７ｃ、図８ａ−８ｂに関連して前述したようなポンプの配置、排出区域、又はその組み合わせを適用することにより更に低減することが可能である。

図９ｃは図８ａ−８ｂに図示のノズルユニットの断面図である。図８ａにおいて、この断面は毛細管にずっと沿って得たものである。しかしながら、図８ｂにおいて、断面は毛細管が互いに近接したノズルユニットの排出口側で得たものである。毛細管の形状同様に、ノズルユニットの全体形状は図９ｃにおいて円形である。しかしながら、これは模範例にすぎない。ノズルユニット及び毛細管の形は他のどんなものであってもよく、楕円、四角形、その他の多角形形状も可能である。特に、カラム内又は焦点レンズと試料との間の限られた空間により、特殊なノズルユニット形状が必要となる場合もある。毛細管が互いに傾斜する場合、典型的な傾斜角度は２°から１５°、例えば３°又は５°である。

一般に、試料ノズルユニットはオゾンガス流を試料に指向させる試料ノズルをいくつか備えていてもよい。更に、通常、検出装置ノズルユニットはガス流を検出装置に指向させる検出装置ノズルをいくつか備えていてもよい。従って、供給管は複数の供給管分岐部を含んでいてもよい。更に、通常、ノズルユニットを電極、例えば偏向器又はスティグメータといった光学装置に部分的又は完全に一体化することが可能である。いくつかの試料ノズルを有する試料ノズルユニットの一実施形態が図１０ａと１０ｂに模範的に図示されており、以下にて説明する。

図１０ａは電極５４ａ−５４ｄの四重極構成を示し、電極は試料と磁気レンズ等の焦点レンズとの間に、荷電粒子ビーム装置の光軸１２の周りに対称的に配置されている。通常、四重極、六重極、八重極構成等の更なる複数極構成も適用可能である。電極は１つ以上の電圧を供給する電圧源（図示せず）に接続される。通常、本実施形態に限定されるものではないが、電極は焦点レンズと試料との間に配置してもよい。また、通常、電極は偏向器、スティグメータ、又はその組み合わせとして機能してもよく、軸方向に加速場又は減速場を形成してもよい。

図１０ａにおいては複数の試料ノズル３８ａ−３８ｄが電極に一体化されている。つまり、オゾンガス流は部分的に電極５４ａ−５４ｄに一体化された供給管分岐部３６ａ−３６ｄを通過して、試料に向かって指向された試料ノズル３８ａ−３８ｄへと指向される。

図１０ｂは光軸１２に平行な図１０ａの実施形態の断面図である。

従って、本発明は、試料及び／又は検出装置の帯電及び／又は汚染を低減することのできる改善された荷電粒子ビーム装置とその操作方法を提供するものである。典型的には、本発明の荷電粒子ビーム装置は特にはマスクの帯電と汚染の双方が問題となるマスク検査とマスク計測に適用することができる。更に、本発明により、高検出電流密度が問題となる電子ビーム検査に特に適用される荷電粒子ビーム装置とその操作方法を提供するものである。

本発明の上述した及びその他の更に詳細な説明で説明され、図面を参照して部分的に図示される。
〜 本発明の第１及び第２実施形態を示す図である。 本発明の第３実施形態を示す図である。 〜 本発明の更なる実施形態を示す図である。 〜 ガス供給源の別の実施形態を示す図である。 〜 本発明の更なる実施形態を示す図である。 本発明の更なる実施形態を示す図である。 〜 図６ａに図示の荷電制御キャップの異なる実施形態を示す図である。 〜 本発明の更なる実施形態を示す図である。 〜 本発明の更なる実施形態を示す図である。 〜 ノズルユニットの実施形態を示す図である。 〜 検出装置ノズルユニットの更なる実施形態を示す図である。

Claims (45)

1. 荷電粒子ビーム（３１）を供給するための粒子供給源（１３、１４、１６）と、
   荷電粒子ビームを試料上に指向するための光学装置（１８、２０、２２、２４、２６、２７）と、
   試料の帯電及び／又は汚染を軽減するためのオゾンユニットを含み、
   オゾンユニットはオゾン供給源（３４、３５、３６）と、オゾンガス流を試料（２８）に指向するための試料ノズルユニット（３８）を含む試料（２８）を照射するための荷電粒子ビーム装置。
2. 検出装置（３０）を含む請求項１記載の荷電粒子ビーム装置。
3. ノズルユニットが荷電制御キャップ（３９）に一体化されている上記請求項のいずれか１項記載の荷電粒子ビーム装置。
4. 荷電粒子ビーム（３１）を供給するための粒子供給源（１３、１４、１６）と、
   荷電粒子ビームを試料上に指向するための光学装置（１８、２０、２２、２４、２６、２７）と、
   検出装置（３０）と、
   検出装置の帯電及び／又は汚染を軽減するためのガスユニットを含み、
   ガスユニットはガス供給源（３４、３５、３７）と、ガス流を検出装置に指向するための検出装置ノズルユニット（４０）を含む試料を照射するための荷電粒子ビーム装置。
5. 試料の照射が試料の改変することである上記請求項のいずれか１項記載の荷電粒子ビーム装置。
6. 試料の照射が試料の画像化することである請求項１〜５のいずれか１項記載の荷電粒子ビーム装置。
7. ガス流を試料（２８）に指向するための試料ノズルユニット（３８）を含む請求項４記載の荷電粒子ビーム装置。
8. オゾン供給源（３４）を更に含む請求項４又は５のいずれか１項記載の荷電粒子ビーム装置。
9. オゾン供給源がオゾン発生装置（３４ａ）を含む請求項１〜３又は８のいずれか１項記載の荷電粒子ビーム装置。
10. オゾン発生装置（３４ａ）が酸素供給源（３４ｂ）を備えている請求項９記載の荷電粒子ビーム装置。
11. オゾン供給源が液状又は気体のオゾン貯蔵部を含む請求項１〜３又は８のいずれか１項記載の荷電粒子ビーム装置。
12. 光学装置は、
    荷電粒子ビームを試料上に集束させるための少なくとも１つの焦点レンズ（２６）と、
    荷電粒子ビームを偏向させるための少なくとも１つの偏向器（２７）と、
    荷電粒子ビームに作用を及ぼすための少なくとも１つの集光レンズ（１８）から成る群から選択された１つ以上の構成要素である上記請求項のいずれか１項記載の荷電粒子ビーム装置。
13. 試料をその上に載せるための試料台（２９）と、
    試料及び／又は荷電粒子ビームを傾斜させるための傾斜機構とを更に含む上記請求項のいずれか１項記載の荷電粒子ビーム装置。
14. 検出装置ノズルユニット（４０）及び／又は試料ノズルユニット（３８）が複数の毛細管（３８４０ａ−３８４０ｇ）を含む上記請求項のいずれか１項記載の荷電粒子ビーム装置。
15. 集束されたガス流を発生させるために毛細管が互いに傾斜している請求項１４記載の荷電粒子ビーム装置。
16. 検出装置ノズルユニット（４０）及び／又は試料ノズルユニット（３８）が複数のノズル（３８ａ−３８ｄ）を含む上記請求項のいずれか１項記載の荷電粒子ビーム装置。
17. ガス供給源が少なくとも１つのガス流制御装置（３５、３５ｙ、３５ｚ）を含む上記請求項のいずれか１項記載の荷電粒子ビーム装置。
18. 少なくとも１つのガス流制御装置（３５、３５ｙ、３５ｚ）が少なくとも１つのセンサ（５０）に連結されている請求項１７記載の荷電粒子ビーム装置。
19. サンプルの変化する挙動、検出装置電流密度、サンプルの交換プロセス及び／又は検出装置（３０）の信号を感知するために少なくとも１つのセンサ（５０）が用いられている請求項１８記載の荷電粒子ビーム装置。
20. ガスが少なくとも０．１％、最高１０％のオゾンを含む請求項１〜３又は８〜１７のいずれか１項記載の荷電粒子ビーム装置。
21. 真空チャンバ（１１）を更に含む上記請求項のいずれか１項記載の荷電粒子ビーム装置。
22. 真空チャンバ（１１）からガスを排出するための少なくとも１つのポンプ（５０、４４ａ−４４ｄ）を更に含む上記請求項のいずれか１項記載の荷電粒子ビーム装置。
23. 少なくとも１つのポンプは、試料表面及び／又は検出装置表面の近傍からガスを排出する請求項２２記載の荷電粒子ビーム装置。
24. 少なくとも１つの差動排出区域（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ）を更に含む上記請求項のいずれか１項記載の荷電粒子ビーム装置。
25. 試料チャンバ（１１ｄ）と、光学カラム（１０）を試料チャンバ（１１ｄ）から分離するための開口部（９）を更に含む上記請求項のいずれか１項記載の荷電粒子ビーム装置。
26. 荷電粒子ビームを供給し、
    試料上へ荷電粒子ビームを指向し、
    オゾンガス流を試料へ指向することを含む試料の照射方法。
27. 荷電粒子ビームを供給し、
    試料上へ荷電粒子ビームを指向し、
    試料からの二次荷電粒子を検出し、
    二次荷電粒子の検出を行う場所へガス流を指向することを含む試料の照射方法。
28. ガス流を試料へ指向することを更に含む請求項２７記載の方法。
29. 方法が試料を画像化することを含む請求項２６〜２８のいずれか１項記載の方法。
30. 方法が試料を改変することを含む請求項２６〜２８のいずれか１項記載の方法。
31. 少なくとも１つのレンズを介しての荷電粒子ビームを指向する工程と、
    荷電粒子ビームを偏向する工程と、
    荷電粒子ビームを走査する工程と、
    試料と荷電粒子ビームとの間の角度を変更する工程の１つ以上を更に含む請求項２６〜３０のいずれか１項記載の方法。
32. ガス流がオゾンガス流である請求項２７〜３１のいずれか１項記載の方法。
33. オゾンガス流中のオゾンの割合が少なくとも０．１％、最高で１０％である請求項２６〜３２のいずれか１項記載の方法。
34. 検出装置ノズルユニット及び／又は試料ノズルユニットによってガス流を指向する請求項２６〜３３のいずれか１項記載の方法。
35. 複数の毛細管を用いてガス流を指向する請求項２６〜３４のいずれか１項記載の方法。
36. 複数の検出装置ノズル（３８ａ−３８ｄ）及び／又は試料ノズルを用いてガス流を指向する請求項２６〜３５のいずれか１項記載の方法。
37. 毛細管が互いに傾斜している請求項３５記載の方法。
38. 試料及び／又は検出装置の近傍からガスを排出することを更に含む請求項２６〜３５のいずれか１項記載の方法。
39. 試料と荷電粒子ビームを発生させる場所との間に異なる真空レベルを形成することを更に含む請求項３４記載の方法。
40. 異なる真空レベルの形成が少なくとも１つの排出区域での操作によって達成される請求項３９記載の方法。
41. ガス流の制御を更に含む請求項２６〜４０のいずれか１項記載の方法。
42. ガス流の制御が、ノズルユニットのサイズ及び／又はガス供給源の圧力の調整によって行われる請求項４１記載の方法。
43. ガス流の制御が連続型又はパルス型ガス流である請求項４１記載の方法。
44. ガス流を制御するための装置によってガス流を制御し、装置はセンサからのすくなくとも１つの信号に依存してガス流を制御する請求項４１記載の方法。
45. 少なくとも１つのセンサが、サンプルの電荷挙動、検出装置電流密度、サンプルの交換及び／又は検出装置信号の低下を感知する請求項４４記載の方法。

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