JP2008091270A - Contamination removal method for throttle device in charged particle beam device and contamination removal device for aperture device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、走査型又は透過型電子顕微鏡、半導体検査装置、電子ビーム描画装置、半導体製造装置等の荷電粒子ビーム装置において、電子ビーム等の荷電粒子ビーム照射により絞り装置を汚染するカーボン等のコンタネーションを除去する方法及び装置に関する。 The present invention relates to a contour of carbon or the like that contaminates a diaphragm device by irradiation of a charged particle beam such as an electron beam in a charged particle beam device such as a scanning or transmission electron microscope, a semiconductor inspection device, an electron beam drawing device, or a semiconductor manufacturing device. The present invention relates to a method and an apparatus for removing a nation.
走査型又は透過型電子顕微鏡、半導体検査装置、電子ビーム描画装置、半導体製造装置等の荷電粒子ビーム装置において、真空装置である試料室(真空チャンバー)内部で炭化水素系の物質が電子ビームによって分解されて装置内の試料、試料ステージ、絞り装置などに堆積する。これは、一般にコンタミネーションと呼ばれている。 In charged particle beam equipment such as scanning or transmission electron microscopes, semiconductor inspection equipment, electron beam lithography equipment, and semiconductor manufacturing equipment, hydrocarbon substances are decomposed by electron beams inside the sample chamber (vacuum chamber), which is a vacuum equipment. Then, it is deposited on a sample, a sample stage, a diaphragm device, etc. in the apparatus. This is generally called contamination.
荷電粒子ビームを用いた荷電粒子ビーム装置において、電子線等の荷電粒子ビーム照射による試料上のコンタミネーションが課題になっている。例えば、可動絞り装置などの絞り装置の開口部周縁にコンタミネーションが付着してしまう。とくに、開口部周縁に不均一にコンタミネーションが付着している場合には、チャージアップ(帯電)が発生して、電子ビーム等の荷電粒子ビームの形状などが変化してしまう可能性がある。 In a charged particle beam apparatus using a charged particle beam, contamination on a sample due to irradiation of a charged particle beam such as an electron beam has been a problem. For example, contamination adheres to the periphery of the opening of a diaphragm device such as a movable diaphragm device. In particular, when contamination is unevenly adhered to the periphery of the opening, charge-up (charging) may occur, and the shape of a charged particle beam such as an electron beam may change.
そこで、定期的に絞り装置を交換したり、例えば特許文献1や特許文献2に示すように、加熱して洗浄したり、特許文献3の段落0019〜0020に示すように、液体窒素により冷却された冷却プレートを絞り装置の周辺に配置し、トラップ部として機能させ、絞り装置の開口部周辺の残留ガスを除去してコンタミネーションをトラップしていた。
Therefore, the throttling device is periodically replaced, cleaned as described in Patent Document 1 and
また、例えば、特許文献4に示すように、大気中の酸素を、プラズマにより活性酸素にして試料室に導入し、試料室の内壁、ステージ部材、そして試料表面自体に付着している炭化水素系と活性酸素との化学作用を起こさせ、CO、CO2、H20を生成させて、真空排気することによって、コンタミネーションを除去できる技術もある。 Further, for example, as shown in Patent Document 4, oxygen in the atmosphere is converted into active oxygen by plasma and introduced into the sample chamber, and is attached to the inner wall of the sample chamber, the stage member, and the sample surface itself. There is also a technique in which contamination can be removed by causing a chemical action between oxygen and active oxygen, generating CO, CO 2 , and H 2 0 and evacuating them.
また、例えば特許文献5に示すように、大気雰囲気と接続・隔離が選択できる試料交換室と、試料交換室と接続・隔離が選択でき、試料の測長、加工、分析、観察等を行うための試料室とも接続・隔離が選択できる試料交換室を備え、それぞれの試料交換室の内部の真空引きを行える手段を備えた電子顕微鏡などが公知である。試料交換室内にガス導入手段によりガスを導入し、特許文献5の段落0079に示すように、ガスの具体例として、コンタミネーションの原因となるハイドロカーボンを含み、比較的質量の大きいガス(特許文献5の段落0076参照)がCの場合は、コンタミネーション低減のためのガスはCよりも質量の小さいH、He、B等があり、ガスがCmHn(m、nは自然数)の場合は、ガスはさらに多くの種類のガスが考えられ、例えば、H、B、C、N、O、F等がある。このガスは、理想的には、他の物質と反応しにくい不活性ガス(He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn)が望ましい旨記載されている。
In addition, for example, as shown in
また、特許文献6の段落0018の後段、特許文献7の段落0010に示すように、窒素ガス、ヘリウムガス等の不活性ガスを用いてコンタミネーションを低減させる技術もある。
Further, as shown in the latter part of paragraph 0018 of Patent Document 6 and paragraph 0010 of
また、例えば特許文献8の段落0008や0019に示すように、半導体製造装置において、反応室の大気開放時における汚染防止を図るために、反応室に処理残留物を稀釈するための例えば窒素ガスを室内に供給する技術が公知である。
For example, as shown in paragraphs 0008 and 0019 of
また、例えば特許文献9の特許請求の範囲、実施例の説明(とくに特許文献9の第2頁右上欄第6行〜同文献同頁左下欄第11行、第2図参照)に示すように、絞り装置の絞り板表面に導電性を与える目的で絞り板に白金、白金−パラジウム、金、金−パラジウムなどの貴金属薄膜をイオンスパッタコーティング等により形成する技術も公知である。
Further, for example, as shown in the claims of Patent Document 9 and the description of the examples (especially, the second page, upper right column, line 6 to the lower left column,
同様に、特許文献10においても、絞り板に導電性物質、金をイオンコーティングし、汚れた絞り板を完全な状態にクリーニングすることができる技術も知られている。
Similarly, in
さらに、例えば特許文献11の特許請求の範囲、段落0012〜0016に示すように、絞りプレートに導電性の良好な四酸化オスミウムなどのアモルファス薄膜をコーティングする旨記載され、特許文献11の段落0017には、帯電やコンタミネーション、コーティング剥離等の問題が減少する旨記載されている。
Further, for example, as shown in the claims of
また、コンタミネーションを取り除く方法として、例えば特許文献2特許請求の範囲には、導電性薄膜絞り板を配置し、絞り受けは絶縁材に接続され、絶縁体には加熱体が組み込まれ、薄膜絞りが加熱されるように構成される旨記載されており、例えば特許文献5段落0044には、ヒータによって常時又は定期的に試料ホルダ固定位置に載置された試料ホルダ、試料固定アームを加熱し、付着しているコンタミネーションの原因となるハイドロカーボンを取り除く旨記載され、例えば特許文献1第2頁右上欄第19行〜同文献同頁左下欄第13行において、
対物レンズ絞りに電子線が照射され、余分な電子が対物レンズ絞り等に吸収され、対物レンズ絞りの温度が上昇し、対物レンズ絞りの汚染(コンタミネーション)を除去する旨記載されている。また、特許文献12段落0016において、対物絞りや電子検出器、対物レンズ内の壁を光触媒作用をもつ物質で構成し、光源14F、光源14Gを設置し光を照射し、光触媒反応を引き起こして、コンタミネーションの除去を行うことができる旨記載されている。
It is described that an electron beam is irradiated to the objective lens stop, and excess electrons are absorbed by the objective lens stop and the like, the temperature of the objective lens stop is increased, and contamination (contamination) of the objective lens stop is removed. Moreover, in
しかしながら、上記特許文献1〜3の絞り装置では、交換や洗浄に時間や手間が掛かってしまい、さらにトラップ部の冷却装置を設けなればならず、本来の試料の観察検査作業に支障をきたすとともに、製造コストがかさみ、装置が大型化する虞があった。 However, in the aperture devices of Patent Documents 1 to 3, it takes time and labor for replacement and cleaning, and a cooling device for the trap part must be provided, which hinders the original specimen observation and inspection work. The manufacturing cost is high, and there is a possibility that the apparatus becomes large.
また、特許文献4では、活性酸素を導入する場合、高温、もしくは、多量の酸素を導入しなければならず、試料室内部に配置された部材にダメージが生じる。 Further, in Patent Document 4, when active oxygen is introduced, a high temperature or a large amount of oxygen must be introduced, and damage is caused to a member disposed in the sample chamber.
また、特許文献5に示すようなH、He、B、C、N、O、F、その他の不活性ガス(Ne、Ar、Kr、Xe、Rn)では、炭化水素系との化学反応の効率が低く、炭化水素系の除去効率が低い。
In addition, in the case of H, He, B, C, N, O, F, and other inert gases (Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) as shown in
また、不揮発性の潤滑材が、試料室の真空装置の内部に残存している場合には、活性酸素では効率よく除去できない。さらに、活性酸素では、真空装置内部にある部材に対するダメージが大きい。 Further, when the non-volatile lubricant remains in the vacuum chamber of the sample chamber, it cannot be removed efficiently with active oxygen. Furthermore, active oxygen causes a large damage to members inside the vacuum apparatus.
さらに、特許文献9、10における白金、白金パラジウムなどをコーティングしても、電子ビーム等の荷電粒子ビームの照射により加熱されやすく、剥離しやすい問題がある。
Furthermore, even if the platinum, platinum palladium, etc. in
また、特許文献11の四酸化オスミウムなどのアモルファス薄膜をコーティングする場合、コーティング材である四酸化オスミウムが高価であり、特許文献9、10に開示された白金、白金パラジウムなどをコーティング技術と同様、絞り装置を荷電粒子ビーム装置から取り出し、カーボン等の洗浄を行い、真空蒸着装置などの成膜装置でコーティングしなければならず、工程作業が煩雑である。
In addition, when coating an amorphous thin film such as osmium tetroxide of
また、コンタミネーションを取り除く方法として、特許文献1の電子線を対物レンズ絞りに照射し加熱し除去する方法や、特許文献12の光触媒作用をもつ物質で構成した対物絞りに光を照射し除去する方法では、絞り装置を構成する物質を電気抵抗率の高い物質や光触媒作用をもつ物質に限定されてしまい、また上述と同様に、コンタミネーションの入り組んだ複雑な多層構造内までフッ素分子が行き渡らないため、コンタミネーションを完全に除去するまでに時間を掛けなければならず、作業効率が低下してしまう。
Further, as a method for removing contamination, the method of irradiating the objective lens diaphragm with an electron beam of Patent Document 1 and heating it to remove it, or the method of
そこで、本発明は、上記課題を解決すべく、絞り装置の交換や洗浄、新たな装置・設備を必要とせず、絞り装置のカーボン等のコンタミネーションを除去することができる荷電粒子ビーム装置内の絞り装置のコンタミネーション除去方法及びそのための装置を提供することを目的とする。 Therefore, in order to solve the above-described problems, the present invention does not require replacement or cleaning of the aperture device, or a new device / equipment, and can eliminate contamination such as carbon in the aperture device. It is an object of the present invention to provide a method for removing contamination from a diaphragm device and a device therefor.
また、本発明は、絞り装置がカーボン等のコンタミネーションにより汚染されることを予防することができる荷電粒子ビーム装置内の絞り装置のコンタミネーション除去方法及びそのための装置を提供することを目的とする。 Another object of the present invention is to provide a method for removing contamination from a diaphragm in a charged particle beam apparatus and an apparatus therefor that can prevent the diaphragm from being contaminated by contamination such as carbon. .
上記課題を解決するため、本発明は、特許請求の範囲の各請求項に記載する事項を特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention is characterized by matters described in the claims.
本発明によれば、絞り装置を交換したり、洗浄したりする必要がなくなる。さらに、高コストを招く新たな装置や設備を必要とせずに、絞り装置に付着するカーボン等のコンタミネーションを除去することができる。 According to the present invention, it is not necessary to replace or clean the throttling device. Furthermore, contamination such as carbon adhering to the expansion device can be removed without requiring a new device or equipment that causes high costs.
また、例えばWF6等のフッ素化合物の単分子が絞り装置の表面に積層し、単分子の膜(コート)が形成され、絞り装置にフッ素化合物のコーティングも同時に行うことができ、絞り装置の寿命が延び、メンテナンスを不要とし、使用期間が延びて、交換等に伴うコスト削減を図ることができる。 Further, for example, a single molecule of a fluorine compound such as WF 6 is laminated on the surface of the aperture device to form a monomolecular film (coat), and the aperture device can be coated with the fluorine compound at the same time. Thus, maintenance is not required, the period of use is extended, and cost reduction associated with replacement can be achieved.
また、一般にフッ素化合物系ガスでの反応はゆるやかであり、生成したフッ素ラジカル(F−)(遊離基)は確実に反応するため、炭化水素系の除去の効率が高い。また、不揮発性潤滑材が、装置の内部に残存していた場合にも、活性酸素に比べて、効率の良い除去が可能である。また、活性酸素に比べ、装置内部にある部材に対する、ダメージが比較的少ない。さらに、非常に希薄なフッ素化合物系ガスによる複数回パージを行うことから、複雑に入り組んだ細かな構造体においても効率良くまたダメージなくコンタミネーションを除去することができる。 In general, the reaction with a fluorine compound-based gas is gentle, and the generated fluorine radical (F − ) (free radical) reacts reliably, so that the removal efficiency of the hydrocarbon-based gas is high. Further, even when the non-volatile lubricant remains in the apparatus, it can be removed more efficiently than active oxygen. Further, damage to members inside the apparatus is relatively small as compared with active oxygen. Furthermore, since the purge is performed a plurality of times with a very dilute fluorine compound-based gas, contamination can be removed efficiently and without damage even in a complicated and complicated structure.
よって、絞り装置表面や装置内部へのダメージも少なく、従来の炭化水素系ガスによりも効率よくコンタミネーションを除去することができる。 Therefore, there is little damage to the surface of the throttle device and the inside of the device, and contamination can be efficiently removed by conventional hydrocarbon gases.
図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の1つの実施例による荷電粒子ビーム装置の内部に設けられた絞り装置とその関連部分を概略的に示す。 FIG. 1 schematically shows a diaphragm device and its related parts provided inside a charged particle beam device according to one embodiment of the present invention.
例えば、走査型電子顕微鏡の鏡筒1、可動式の絞り装置2、フッ素化合物系ガス(例えばClF3)を鏡筒1内に注入するためのタンク3、バルブ4、ノズル9を示す。
For example, a lens barrel 1 of a scanning electron microscope, a
絞り装置2は、図2に示すように、鏡筒1の内部に進退可能に移動する可動式の絞りである。絞り装置2は、これに限定されず、固定した絞り装置でもよい。
As shown in FIG. 2, the
フッ素化合物系ガスは、例えばClF3でなく、それ以外のガス、例えばHF、XeF2などでもよい。 The fluorine compound-based gas is not limited to ClF 3 , for example, and other gases such as HF and XeF 2 may be used.
電子線のような荷電粒子ビームが、図示しない電子銃などから照射され、絞り装置2の開口部2aを通過する際、絞り装置2の開口部2aに、図3に示すように不均一にカーボン等の汚染物質であるコンタミネーション5が付着する。その場合、チャージング(帯電)が生じてしまい、ビームの形状が変わったり、図示しない試料面上でのビーム位置が変動してしまう可能性がある。
When a charged particle beam such as an electron beam is irradiated from an electron gun (not shown) or the like and passes through the opening 2a of the
また、図4に示すように、絞り装置の開口部2aの内部にも、盛り上る形でコンタミネーション5が付着することがある。
Moreover, as shown in FIG. 4, the
通常、矢印方向から、バルブ4を通って、N2等の不活性ガスを鏡筒1内に満たしている。N2等の不活性ガスに代えて、バルブ4を操作して、タンク3からバルブ4を経てフッ素化合物系ガス(例えばClF3)を鏡筒1の内部に注入することで、生成したフッ素ラジカル(F−)(遊離基)は確実に炭化水素と反応するため、炭化水素系の除去の効率が高い。絞り装置2は、加熱されていると、コンタミネーション5を効率よく除去する。
Normally, an inert gas such as N 2 is filled in the lens barrel 1 through the valve 4 from the direction of the arrow. Fluorine radicals generated by operating the valve 4 in place of an inert gas such as N 2 and injecting a fluorine compound-based gas (for example, ClF 3 ) from the
とくにClF3の場合、熱によりフッ素ラジカル(F−)が発生し、加熱した開口部2aの周辺だけ選択的にコンタミネーション5を除去することが可能となる。
In particular, in the case of ClF 3 , fluorine radicals (F − ) are generated by heat, and it becomes possible to selectively remove the
また、フッ素化合物系ガス(例えば、HF、NF3、SiF4、XeF2など)を鏡筒1内に注入するときは、絞り装置2の加熱なしに、フッ素ラジカル(F−)が発生する。この場合は、絞り装置2を加熱する必要がなく、コンタミネーション5を除去することができる。
Further, when a fluorine compound gas (for example, HF, NF 3 , SiF 4 , XeF 2, etc.) is injected into the lens barrel 1, fluorine radicals (F − ) are generated without heating the
また、フッ素化合物系ガスを導入する際に、複数回パージする。例えば、2〜3回フッ素化合物系ガスでパージを行う。 Further, when introducing the fluorine compound-based gas, purging is performed a plurality of times. For example, purging is performed with a fluorine compound-based gas 2-3 times.
これは、試料上にコンタミネーションがわずかに発生した場合、非常に希薄なフッ素化合物系ガスによるコンタミネーション除去を複数回繰り返すことにより、過剰なパージガスを装置へ導入することが無いため、装置へのダメージを極力無くすと共に、より効果的にコンタミネーションを軽減することができる。 This is because, when slight contamination occurs on the sample, excessive purge gas is not introduced into the device by repeating contamination removal with a very dilute fluorine compound gas multiple times. It is possible to eliminate damage as much as possible and reduce contamination more effectively.
なお、それぞれのフッ素化合物系ガスの分子量、沸点、融点、その他特性に応じて取り扱い等を留意することが望ましい。 It is desirable to pay attention to handling etc. according to the molecular weight, boiling point, melting point, and other characteristics of each fluorine compound gas.
また、本発明の別の実施例として、フッ素化合物系のガス(例えばSiF4又はWF6)を鏡筒1の内部に注入すると、絞り装置2に付着したカーボン等のコンタミネーション5が除去される。
As another embodiment of the present invention, when fluorine compound-based gas (for example, SiF 4 or WF 6 ) is injected into the inside of the lens barrel 1,
また、図5の(A)に示すように、フッ素化合物系のガスWF6を鏡筒1の内部に注入すると、タングステンがコンタミネーション5の上に堆積し、タングステンの導電性コート(成膜)6がカーボン等のコンタミネーション5の表面上に形成され、チャージング(帯電)を防止することができる。
Further, as shown in FIG. 5A, when fluorine compound-based gas WF 6 is injected into the inside of the lens barrel 1, tungsten is deposited on the
図5の(B)に示すように、タングステンはカーボン等のコンタミネーション5の表面に単分子で積層し、単分子コート(成膜)7を形成する。したがって、タングステンは稠密にコンタミネーション5の表面に付着し、チャージング(帯電)を確実に防止することができる。
As shown in FIG. 5B, tungsten is laminated as a single molecule on the surface of the
また、別の変形例として、図6の(A)に示すように、絞り装置2の開口部2aに着実にフッ素化合物系ガスが到達するように、フッ素化合物系ガスのタンク3からのノズル8を絞り装置2の開口部2a近傍まで伸ばし、フッ素化合物系ガスのタンク3からバルブ4を経て開口部2a付近のみに吹き付けるようにしてもよい。装置全体の構成を示すと、図7のように表わされる。
As another modification, as shown in FIG. 6A, the
また、図6の(B)に示すように、例えば、絞り装置2の移動方向に直交する位置に、複数のノズル8を設け、複数の方向から絞り装置2の開口部2a付近のみにフッ素化合物系ガスを吹付けてもよい。
Further, as shown in FIG. 6B, for example, a plurality of
また、図8に示すように、絞り装置2の開口部2aの近傍に光ファイバー10を設け、光源11からの光を絞り装置2の開口部2a付近に照射し、絞り装置2を加熱し、コンタミネーションを化学分解し、除去することができる。光源からの光は、例えば650nm〜800nm程度の遠赤外線を用いることが望ましい。
Further, as shown in FIG. 8, an
なお、光ファイバー10を鏡筒1内部に通す際、真空シールする。
Note that when the
また、図9に示すように、鏡筒1の内部に集光レンズ12、鏡筒1の外部にコンデンサーレンズ13を配置して、光源11からの光を窓材14を通して絞り装置2の開口部2a付近に照射し、絞り装置2を加熱してもよい。
Further, as shown in FIG. 9, a
なお、窓材14の周囲と鏡筒1の境界には、真空シールされている。
Note that the periphery of the
以上により、絞り装置2の開口部2aにカーボン等のコンタミネーションが付着することを確実に回避できる。その結果、絞り装置の交換が不要になる。絞り装置寿命が延びる。したがって、メンテナンスや交換時期が延びるので、コストを削減することができる。
As described above, it is possible to reliably avoid contamination of carbon or the like on the
1 鏡筒
2 絞り装置
2a 絞り装置の開口部
3 タンク
4 バルブ
5 コンタミネーション
6 導電性コート
7 単分子コート
8 ノズル
9 ノズル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (13)
前記フッ素化合物系のガスは、HF、ClF3、NF3、SiF4、WF6、又はXeF2であることを特徴とする、荷電粒子ビーム装置の絞り装置のコンタミネーション除去方法。 In the contamination removal method of the diaphragm | throttle device in the charged particle beam apparatus of any one of Claim 1, 2, 3,
The method for removing contamination of a diaphragm of a charged particle beam device, wherein the fluorine compound gas is HF, ClF 3 , NF 3 , SiF 4 , WF 6 , or XeF 2 .
前記絞り装置の加熱方法は、光を絞り装置に照射し吸収させ、熱を発生させることを特徴とする、荷電粒子ビーム装置の絞り装置のコンタミネーション除去方法。
In the contamination removal method of the diaphragm | throttle device of the charged particle beam apparatus of Claim 2,
The method for heating a diaphragm device is a method for removing contamination from a diaphragm device of a charged particle beam device, wherein the diaphragm device is irradiated with light and absorbed to generate heat.
前記フッ素化合物系のガスは、HF、ClF3、NF3、SiF4、WF6、又はXeF2であることを特徴とする、荷電粒子ビーム装置の絞り装置のコンタミネーション除去装置。 In the contamination removal apparatus of the diaphragm | throttle device of the charged particle beam apparatus of Claim 8 or 9,
The contamination removing device for a diaphragm of a charged particle beam device, wherein the fluorine compound gas is HF, ClF 3 , NF 3 , SiF 4 , WF 6 , or XeF 2 .
絞り装置にコーティングするフッ素化合物は、SiF4又はWF6であることを特徴とする荷電粒子ビーム装置の絞り装置のコンタミネーション除去装置。 In the contamination removal apparatus of the diaphragm | throttle device of a charged particle beam apparatus of Claim 10,
A contamination removing device for a diaphragm of a charged particle beam device, wherein the fluorine compound to be coated on the diaphragm is SiF 4 or WF 6 .
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