JP2009004161A - 試料表面上の異物除去方法及びこれに用いる荷電粒子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、試料表面上の異物検出を行うとともに、異物が検出されたときには、試料表面上の異物を除去する試料表面上の異物除去方法及びこれに用いる荷電粒子線装置を提供することを目的とする。
【解決手段】荷電粒子線が照射される試料１５０表面上の異物１６０を除去する異物除去方法であって、
試料表面の帯電情報を取得する工程と、
取得した前記帯電情報に基づいて、前記試料表面上の異物を検出する工程と、
試料を水平方向に移動させる工程と、
前記試料表面に対向し、近接して配置された吸着用電極５０、５０ａ、５０ｂが、前記異物の帯電極性と異なる極性に帯電され、接近する前記異物を静電吸着する工程と、を有することを特徴とする。
【選択図】図６

Description

本発明は、試料表面上の異物除去方法及びこれに用いる荷電粒子線装置に関し、特に、異物の帯電を利用し、静電吸着により試料表面上の異物を除去する方法及びこれに用いられる荷電粒子線装置に関する。

従来から、ウェーハ等の基板表面にレーザー光線を照射し、レーザー光線の散乱反射光を検出して異物を検出する表面検査装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１６６９４７号公報

しかしながら、上述の特許文献１に記載の内容では、異物を検出することはできるが、異物の検出後に、異物を除去することは全く考慮されていない。異物を検出したとしても、検出した異物を除去しなければ、異物が検出された基板はそのままでは出荷できないことになり、歩留まりを悪化させることになる。

そこで、本発明は、試料表面上の異物検出を行うとともに、異物が検出されたときには、試料表面上の異物を除去する試料表面上の異物除去方法及びこれに用いる荷電粒子線装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、第１の発明に係る異物除去方法は、荷電粒子線が照射される試料表面上の異物を除去する異物除去方法であって、
試料表面の帯電情報を取得する工程と、
取得した前記帯電情報に基づいて、前記試料表面上の異物を検出する工程と、
試料を水平方向に移動させる工程と、
前記試料表面に対向し、近接して配置された吸着用電極が、前記異物の帯電極性と異なる極性に帯電され、接近する前記異物を静電吸着する工程と、を有することを特徴とする。

これにより、試料表面上の異物を検出するだけでなく、異物検出時に起きる異物の帯電を利用して異物を除去することが可能となる。

第２の発明は、第１の発明に係る異物除去方法において、
前記吸着用電極は、前記試料に対向し、近接して配置された対物レンズの一部に組み込まれて配置され、前記異物を静電吸着しないときは前記対物レンズと同電位に帯電されていることを特徴とする。

これにより、吸着用電極を、試料表面から異物を静電吸着しないときには対物レンズの一部として機能させ、異物を静電吸着するときのみ吸着用電極として機能させ、通常の異物検出機能を損なうことなく異物吸着を行うことができる。

第３の発明は、第１又は第２の発明に係る異物除去方法において、
前記吸着用電極に対向して設けられた回収用電極を、前記異物の帯電極性と異なる極性に帯電させるとともに、前記吸着用電極の帯電を切ることにより、前記異物を前記回収用電極に吸着する異物回収吸着工程を更に有することを特徴とする。

これにより、試料表面上の異物を吸着除去するだけでなく、吸着した異物を回収することができ、異物の量が多い場合であっても、試料表面上の異物を除去することができる。

第４の発明は、第３の発明に係る異物除去方法において、
前記回収用電極は、前記荷電粒子線の照射により、前記異物の帯電極性と異なる極性に帯電する材料からなり、
前記回収用電極の帯電は、前記回収用電極に予め前記荷電粒子線を照射することにより行われることを特徴とする。

これにより、異物の帯電極性に合わせて適切な帯電材料を選択することにより、回収用電極の帯電設備を用いなくても回収用電極を帯電し、異物を回収することができる。

第５の発明は、第１〜４のいずれか一つの発明に係る異物除去方法において、
前記異物の帯電極性は、正帯電であることを特徴とする。これにより、異物が正帯電の場合も、異物回収を行うことができる。

第６の発明は、第１〜４のいずれか一つの発明に係る異物除去方法において、
前記異物の帯電極性は、負帯電であることを特徴とする。これにより、異物が負帯電の場合も、異物回収を行うことができる。

第７の発明に係る荷電粒子線装置は、荷電粒子線が照射される試料表面上の異物を除去する荷電粒子線装置であって、
試料を水平移動可能に載置するステージと、
前記試料表面の帯電情報を取得する帯電情報取得手段と、
前記帯電情報に基づいて、前記試料表面上の異物を検出する異物検出手段と、
前記ステージと対向して設けられた吸着用電極とを有し、
該吸着用電極は、前記ステージの移動により前記試料表面上の前記異物が接近してきたときに、前記異物の帯電極性と異なる極性に帯電され、前記異物を静電吸着することを特徴とする。

これにより、異物検出の際の異物の帯電を利用して、試料表面上の異物を、異物検査を行いながら除去することができる。

第８の発明は、第７の発明に係る荷電粒子線装置において、
前記試料表面に近接して設けられ、複数の電極を有する対物レンズを有し、
前記吸着用電極は、前記複数の電極の最も前記試料表面に近い電極の一部として形成され、該電極とは独立して電圧の印加が可能であることを特徴とする。

これにより、外形上は対物レンズの一部として形成されながらも、吸着用電極としての機能を有するため、省スペース化を実現しつつ試料表面上の異物も除去することができる。

第９の発明は、第７又は第８の発明に係る荷電粒子線装置において、
前記吸着用電極は、円環状に配置されていることを特徴とする。

これにより、異物検出を行って試料上の異物の位置を認識してから、確実に異物の吸着除去を行うことができる。

第１０の発明は、第７又は第８の発明に係る荷電粒子線装置において、
前記吸着用電極は、放射状に配置されていることを特徴とする。

これにより、異物検出をしながらリアルタイムで異物の吸着除去を行うことができる。

第１１の発明は、第７〜１０のいずれか一つの発明に係る荷電粒子線装置において、
前記ステージは、前記異物と異なる極性に帯電可能な回収用電極を備えたことを特徴とする。

これにより、試料上の異物を吸着除去した後、異物を所定の回収用領域に回収することができ、異物の量が大きくても継続して異物を回収することができるとともに、異物の試料表面への再付着を確実に防止することができる。

本発明によれば、試料表面の帯電情報を取得して試料表面の帯電状態を観察するだけでなく、試料表面上の異物を検出し、これを除去することができる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

図１は、本発明を適用した実施例に係る荷電粒子線装置２００の全体構成図である。図１において、本実施例に係る荷電粒子線装置２００は、電子銃１０と、一次電子光学系２０と、Ｅ×Ｂフィルタ３０と、対物レンズ４０と、吸着用電極５０と、吸着用電極制御ユニット５５と、回収用電極６０と、回収用電極制御ユニット６５と、ステージ７０と、ステージ制御ユニット７１と、防振台７５と、二次電子光学系８０と、帯電情報取得手段９０と、異物検出手段９５とを有する。このうち、電子銃１０、一次電子光学系２０、Ｅ×Ｂフィルタ３０、対物レンズ４０、吸着用電極５０、回収用電極６０、ステージ７０、防振台７５、二次電子光学系８０は、真空筐体１００内に収容され、その内部が真空に保たれる。

更に、荷電粒子線装置２００は、半導体ウエハ等の試料１５０の真空筐体１００への搬入及び搬出を行うための、予備環境室１２０を備えてもよい。予備環境室１２０は、真空筐体１００とはゲート弁１１０で開閉可能に仕切られ、大気側にはフープ１４０が備えられている。また、予備環境室１２０内を真空排気するためのドライポンプ１３０、ターボ分子ポンプ１３１等の真空ポンプを備えてよい。

電子銃１０は、半導体ウエハ等の試料１５０に照射する電子ビームを発生させる荷電粒子線発生源である。電子銃１０は、例えば熱電子放出型電子銃が適用されてもよいし、ショットキー型電子銃が適用されてもよく、所望の電子ビームを発生できる手段であれば、その種類や態様は問わない。

一次電子光学系２０は、電子銃１０から発射された電子ビームの断面形状を成形するとともに、試料１５０の方向に導くための手段である。開口板からなる種々のアパーチャ２１や、四重極子レンズ等の静電レンズや、電磁レンズ等からなるレンズ２２等を含んでよい。

Ｅ×Ｂフィルタ３０は、電界と磁界を、平面的に互いに直交する向きに形成する電磁フィルタである。ローレンツ力により、一次光学系２０から導かれた電子ビームの向きを変え、鉛直下方にある試料１５０の方向へ向かわせる。

対物レンズ４０は、試料１５０に近接して配置されたレンズであり、Ｅ×Ｂフィルタ３０により試料１５０方向へと向かう電子ビームの最終的な焦点調整等を行う。静電レンズ又は電磁レンズ等の種々の電子光学系に利用され得るレンズが適用されてよいが、本実施例に係る荷電粒子線装置２００では、静電レンズを適用した場合を例に挙げて説明する。対物レンズ４０は、複数の電極を有し、最も試料１５０に近接して配置された電極４１は、その断面形状が略凹形状となっている。対物レンズ４０は、電子ビームが入射するときには、その入射ランディングエネルギーを減少させる方向に電界が印加され、試料１５０への電子ビームの衝突を和らげる役割も果たしている。

ステージ７０は、試料１５０を載置し、試料１５０を所望の位置に移動させるための試料移動手段である。ステージ７０は、水平Ｘ−Ｙ面上を移動できる、Ｘ−Ｙステージ７０が適用される。試料１５０に対し、一度に電子ビームを照射できる領域は、試料全体の面積に対して極めて小さい面積の領域である。従って、電子ビームをスキャンさせたとしても、試料１５０の被検査領域全体の異物検査を行うためには、試料を水平面（Ｘ−Ｙ面）上で移動させることが必要である。また、本実施例に係る荷電粒子線装置２００では、試料１５０上に存在するゴミ等の不純物・異物を検出し、検出した不純物・異物を、所定の位置に設けられた吸着用電極で吸着を行う。従って、試料１５０上で検出した異物を、吸着用電極に接近させる必要があり、そのためにも、水平面上を移動できるステージ７０が必要である。なお、ステージ７０の駆動方法は、電磁駆動力、機械的駆動力等のいずれであってもよく、その態様は問わない。

防振台７５は、ステージ７０を下から支持し、床からの振動を除去するための手段である。空気バネ等のバネ、電磁石等を利用して、床からの振動を吸収又は除去し、ステージ７０に振動を伝えない機能を備えていればよい。

かかる載置手段７０、７５により支持された試料１５０は、電子ビームが照射されると、二次電子を放出する。試料１５０から放出された二次電子は、試料１５０表面の帯電情報、いわゆるボルテージコントラストを取得している。この試料１５０表面の帯電情報を取得した二次電子を検出して、試料１５０表面のボルテージコントラスト画像を得ることにより、試料１５０上の異物の存在を検出することができる。

なお、試料１５０から放出された二次電子は、対物レンズ４０の試料１５０の近傍に配置された電極４１により上方に加速され、二次電子光学系８０に導かれる。二次電子光学系８０は、試料１５０から放出された二次電子を、帯電情報取得手段９０に導くためのガイド手段である。二次電子光学系８０は、Ｅ×Ｂフィルタ３０と、レンズ８１を含んでよい。Ｅ×Ｂフィルタ３０は、電子ビームを試料１５０に照射するときには、電子ビームの方向を変え、試料１５０のある鉛直下方に向かわせる役割を果たしたが、二次電子に対しては、直進させる方向にローレンツ力が働き、鉛直上方の帯電情報取得手段９０に導く役割を果たす。Ｅ×Ｂフィルタ３０及び対物レンズ４０は、試料１５０に入射する電子ビームと、試料１５０から放出された二次電子の双方が通過するので、一次電子光学系２０と二次電子光学系８０の双方の役割を果たしていると考えてもよい。

レンズ８１は、二次電子光学系８０に導かれた二次電子が、帯電情報取得手段９０の検出器９１の検出面９１ａに結像するように、焦点を調整したり、二次電子の方向付けを行ったりして、二次電子をガイドする役割を果たす。

帯電情報取得手段９０は、試料１５０の表面の帯電情報を取得する手段であり、検出器９１、記憶手段９２を備えてよい。帯電情報は、ボルテージコントラスト等の表面電位の差を二次元画像として表現したものであってもよいし、更にこれに基づいて実際の画像を写真のように取得したものであってもよい。電子ビームの照射により、試料１５０の表面上の異物が存在しない位置と、異物が存在する位置は異なる帯電状態となるので、試料１５０の表面の帯電情報を取得することにより、試料１５０上の異物の存在とその位置を知ることができる。

検出器９１は、鉛直下方の真空筐体１００の方を向いた検出面９１ａを有し、検出面９１ａにて二次電子の検出を行う。検出器９１は、試料１５０から放出された二次電子を検出し、これに基づいて試料１５０の表面の帯電情報を取得できる検出手段であれば種々の態様が適用されてよく、例えば、その検出面９１ａに試料１５０のボルテージコントラスト像を写像映像として結像できるような二次元型の検出器であってもよい。二次元型の検出器には、検出面９１ａで受けた電子を光に変えてから試料１５０表面の帯電情報の取得を行うＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）−ＣＣＤの他、二次電子を直接検出面９１ａで受けることができるＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ）−ＣＣＤ、ＥＢ−ＴＤＩ等を含んでよい。なお、電子を光に変換する二次元型検出器であるＣＣＤ、ＴＤＩ−ＣＣＤの場合には、検出器９１は、受けた電子を増幅するＭＣＰ（マルチチャンネルプレート）と電子を光に変換する蛍光板を更に含んでよい。

記憶手段９２は、検出器９１で取得された帯電情報画像を、記憶するための手段である。二次元画像を記憶できるメモリ等の手段であれば、種々の態様の記憶装置等が適用されてよい。

異物検出手段９５は、記憶手段９２に記憶された帯電情報画像から、異物を検出するための手段である。上述のように、帯電情報画像は、異物の存在する位置と存在しない位置とで帯電状態が異なり、例えばボルテージコントラスト等でその差が表現されるが、異物検出のためには、得られた帯電情報画像から、異物の存在を認定し、その位置を特定する異物判定作業を行う必要がある。そのような異物判定処理演算を、異物検出手段９５で行なう。具体的には、例えば所定の電位差閾値を設定しておき、異物のある位置とない位置の電位差が所定の閾値を越えたときに、異物ありと判定する等の演算処理を行い、異物の検出を行ってもよい。従って、異物検出手段９５は、このような異物検出演算を実行するため、コンピュータ等の演算処理手段が適用されてよい。このように、異物検出手段９５により、異物の位置が検出される。

また、異物検出手段９５は、異物の位置を検出するだけではなく、異物の帯電極性も検出する。本実施例に係る荷電粒子線装置２００では、異物を検出するだけではなく、異物を検出した後に、検出した異物を除去する工程を実行する。かかる異物の除去は、本実施例に係る荷電粒子線装置２００では、異物の帯電極性と反対の極性に帯電した吸着用電極５０を異物に接近させ、静電引力により吸着することにより行う。よって、異物検出手段９５は、異物の存在位置と、帯電極性を検出する。

更に、異物検出手段９５は、吸着用電極制御ユニット５５、回収用電極制御ユニット６５及びステージ制御ユニット７１に接続され、これらの制御ユニット５５、６５、７１に制御信号又は帯電情報を送る。異物検出手段９５により検出された異物の位置及び帯電極性の情報に基づいて、吸着用電極制御ユニット５５及び回収用電極制御ユニット６５は吸着用電極５０及び回収用電極６０の極性を定め、ステージ７０の移動位置を制御する。

次に、吸着用電極５０と回収用電極６０について説明する。

吸着用電極５０は、試料１５０上の異物を吸着除去するための異物吸着手段である。吸着用電極５０は、異物が電子ビームの照射により帯電した場合に、異物の帯電と逆極性に帯電され、検出した異物を静電力により吸着除去する。すなわち、吸着用電極５０は、異物が正に帯電していれば負に帯電され、異物が負に帯電していれば正に帯電されるように制御され、異物と異符号に帯電されて静電引力により異物を吸着する。かかる制御は、異物検出手段９５から送られてきた異物の位置情報及び帯電情報に基づいて、吸着用制御ユニット５５で実行されてよい。

吸着用電極５０は、対物レンズ４０の、試料１５０に最も近い電極の一部として組み込まれて配置されてよい。吸着用電極５０が、試料１５０と距離が離れ過ぎて配置されると、静電引力による吸着力が異物に十分に届かないおそれがあるので、試料１５０上の異物に静電引力が十分に作用するように、試料１５０の表面に近接した位置に配置されることが好ましい。吸着用電極５０は、そのような試料１５０の表面に近接した位置であれば、どこに配置されてもよいが、対物レンズ４０の最も試料１５０に近接して配置された電極４１の一部として配置されてもよい。これにより、吸着用電極５０の配置のための加工を容易にするとともに、吸着用電極５０を試料１５０に十分に近接した位置に配置することが可能となる。

また、吸着用電極５０を、対物レンズ４０の電極４１の一部として組み込んで配置する場合には、対物レンズ４０の電極４１の帯電とは、異なる別個独立の帯電制御が可能なように構成される。対物レンズ４０は、試料１５０の表面の帯電情報（ボルテージコントラスト）を取得するために、帯電情報を効果的に取得する観点からその電位が定められるが、吸着用電極５０は、試料１５０上の異物を吸着するために、異物の帯電極性と反対の極性に帯電する必要があり、対物レンズ４０の電極４１とは異なる動作を独立して行う必要がある。よって、吸着用電極制御ユニット５５により、別個独立の制御が行われるように構成される。更にこの場合、吸着用電極５０が吸着動作を行っていないときには、対物レンズの電極４１と同電位に制御されてもよい。吸着用電極５０が吸着動作を行っていないときには、対物レンズ４０本来の機能を十分に果たすように吸着用電極５０も動作することが好ましいからである。

なお、吸着用電極５０が、対物レンズ４０の電極４１の一部として組み込まれて配置される場合には、吸着用電極５０は、電極４１の外側に配置されることが好ましい。対物レンズ４０は、試料１５０に電子ビームが入射する場合の焦点調整という本来の役割を十分に果たす必要があるため、試料１５０の表面の帯電情報を取得する工程においては、吸着用電極５０の影響を受けないことが好ましい。よって、吸着用電極５０は、対物レンズ４０の外側周辺部に配置されることが好ましい。

回収用電極６０は、吸着用電極５０により吸着された異物を回収するための電極である。吸着用電極５０に異物が付着し、異物の量が多くなると、それ以上吸着用電極５０で異物を吸着することができなくなるため、異物を回収することが必要となる。この目的を果たすべく、回収用電極６０は設けられている。回収用電極６０は、ステージ７０の一部として組み込まれて配置されてよく、ステージ７０の移動により、吸着用電極５０に対向する位置に移動できることが好ましい。回収用電極６０をステージ７０の移動により吸着用電極５０に上下に対向する位置に移動させ、吸着用電極５０への通電を切り、回収用電極６０に異物と異極性になるように帯電を行えば、吸着用電極５０に吸着されていた異物を容易に回収用電極６０に静電吸着することができる。

回収用電極６０の帯電制御は、回収用電極制御ユニット６５により、異物検出手段９５から送られてきた帯電情報に基づいて実行されてよい。

なお、図１においては、本発明の適用態様を、電子ビームを斜めから入射し、鉛直上方にある帯電情報取得手段９０により帯電画像を結像取得し、これに基づいて異物検出を行ういわゆる写像投影法を用いた荷電粒子線装置２００を例に挙げて説明したが、吸収用電極５０及び回収用電極６０を図１と同様の位置に設ければ、走査型電子顕微鏡を応用したいわゆるＳＥＭ型の異物検査装置の態様にも適用可能である。この場合には、電子銃１０が鉛直上方に配置され、帯電情報取得手段９０が斜めに配置され、細く絞った電子ビームで試料１５０上を走査して試料１５０表面上の帯電情報を取得すれば、本発明を好適に適用することができる。

次に、図２乃至図４を用いて、かかる構成を備えた荷電粒子線装置２００の異物の吸着工程までの動作について説明する。

図２は、試料１５０上にあるゴミ等の異物を検出する異物検出工程を示した斜視図である。なお、これ以降は、理解の容易のため、説明に必要な構成要素のみを抜き出した模式図を用いるものとする。

図２において、Ｘ−Ｙステージ７０の上に試料１５０である半導体ウエハが載置されており、対物レンズ４０と、二次電子光学系８０と、帯電情報取得手段９０である検出器９１及び記憶手段９２と、異物検出手段９５と、吸着用電極制御ユニット５５とが示されている。対物レンズ４０の、異物に近接する電極４１には、吸着用電極５０が取り付けられている。試料１５０である半導体ウエハの表面上には、ゴミ等の異物又は不純物が載っている。本実施例に係る荷電粒子線装置２００及びこれを用いた異物除去方法は、種々の試料１５０に適用され得るが、半導体ウエハの製造においては微小なゴミ等の異物も問題となるため、本実施例に係る荷電粒子線装置２００は、半導体ウエハの異物検査に好適に適用可能である。本実施例においては、試料１５０に半導体ウエハを適用した例を説明する。

図２において、電子ビームの照射を前提とし、電子銃１０及び一次電子光学系２０の図示は省略されている。電子ビームが試料１５０に照射され、試料１５０から二次電子が放出される。放出された二次電子は対物レンズ４０により上方に加速され、二次電子光学系８０により検出器９１の検出面９１ａに導かれ、検出面９１ａを構成する撮像素子上に試料１５０表面の帯電画像を結像する。この帯電画像により、試料１５０上の電位分布等の帯電状態を知ることができ、異物の存在する位置と存在しない位置では、帯電状態が異なるので、異物の存在の有無と、存在した場合には、その位置と帯電状態を知ることができる。

取得された帯電画像は、記憶手段９２に記憶され、記憶された帯電画像は、異物検出手段９５により解析され、ゴミ等の異物の位置情報と帯電情報が取得・検出される。そして、これらの異物検出情報は、吸着用電極制御ユニット５５に送られ、吸着用電極５０の吸着動作を制御する。なお、吸着用電極制御ユニット５５は、吸着用電極５０を正、負の所望の極性に帯電できるように、例えば図２で示したようなスイッチング制御ユニットを備えてよい。

図３は、図２で示した異物検出工程の後、Ｘ−Ｙステージ７０を移動させるステージ移動工程を示した図である。図２の構成要素は、図２において説明済みであるので、その説明を省略する。

図３においては、異物１６０を検出してその位置と帯電情報を取得した後、検出した異物１６０を吸着用電極５０に接近させるようにＸ−Ｙステージ７０を移動させている状態を示している。このとき、吸着用電極制御ユニット５５のスイッチング制御ユニットは、まだその電源スイッチはオフの状態でよい。なお、この状態においても、試料１５０の他の領域は異物検査が継続されてよく、Ｘ−Ｙステージ７０の移動により、順次他の照射領域の異物検出が行われてよい。また、Ｘ−Ｙステージ７０の移動は、電子ビームを試料１５０に照射しながらＸ−Ｙステージ７０を連続的に移動させる連続移動方式であってもよいし、Ｘ−Ｙステージ７０を静止した状態で電子ビームを試料１５０に照射し、所定領域の異物検査が終了したらＸ−Ｙステージ７０を移動させて他の被検査領域に電子ビームを照射するいわゆるステップ・アンド・リピート方式のいずれであってもよい。

図４は、検出された異物１６０が、吸着用電極５０に吸着される吸着工程を示した図である。Ｘ−Ｙステージ７０の移動により、異物１６０が吸着用電極５０の直上付近まで接近したら、吸着用電極制御ユニット５５のスイッチング制御ユニットのスイッチがオンになり、吸着用電極５０に電圧が印加され、吸着用電極５０が帯電される。その際、異物１６０の帯電情報に基づいて、吸着用電極５０は、異物１６０と反対極性に帯電されるように吸着用電極制御ユニット５５は帯電制御を行う。これにより、異物１６０には吸着用電極５０から静電引力が働き、図４に示すように、異物１６０の上方に設けられた吸着陽電極５０に吸着される。

このように、図２乃至図４で説明したように、異物１６０を検出してその位置情報と帯電情報を取得し、これに基づいてＸ−Ｙステージ７０を移動させ、異物１６０が吸着用電極５０に接近したときに吸着用電極５０を異物１６０と異極性に帯電させるようにすれば、異物検査の工程の流れの中で、最小限の通電により試料１５０上の異物１６０を除去することができる。

なお、吸着用電極５０は、異物１６０を吸着しないときには、対物レンズ４０の電極４１と同電位に帯電され、待機状態となるように制御されてよい。これにより、吸着用電極５０は、対物レンズ４０の役割も担うことができる。

図２乃至図４で説明した異物吸着工程において、異物１６０は、異物検査時の電子ビームの照射により帯電するので、本実施例に係る異物除去方法及び荷電粒子線装置２００は、通常の異物検査における電子ビームによる帯電エネルギーを有効に帯電除去に利用した手法とも言える。

次に、図５及び図６を用いて、本実施例に係る荷電粒子線装置２００を用いた異物除去方法において、異物の帯電極性が正帯電となる場合の例を説明する。

図５は、異物１６０が正帯電となる場合の異物検出工程を示した図である。図５において、試料１５０上に異物１６０が存在している。対物レンズ４０は、試料１５０に最も近接して配置された電極４１と、それよりも試料１５０から離間して配置された電極４２を有している。試料１５０に最も近接して配置された電極４１の外周端部には、吸着用電極５０が配置されている。吸着用電極５０は、吸着用電極制御ユニット５５に接続され、その帯電タイミングが制御可能に構成されている。

かかる構成において、試料１５０上のゴミ等の異物１６０が電子ビームの照射を受けたときには、異物１６０から二次電子が放出されるが、照射された電子ビームによる入射電子量よりも、放出される二次電子量の方が多い場合には、異物１６０内に残る電子量が減少してゆき、異物１６０は正に帯電する。これを正帯電と呼ぶが、異物１６０が正帯電になるか負帯電になるかは、異物１６０の二次電子放出率に依存する。つまり、異物１６０の二次電子放出率が１よりも大きい場合には、異物１６０は正に帯電する。また、試料１５０自体も、固有の二次電子放出率を有するため、電子ビームを照射した場合には、試料１５０と異物１６０では二次電子の量に差が生じ、この差により画像コントラスト（帯電情報）を取得することができ、異物１６０の個数や位置を検出することができる。図５においては、試料１５０が、電子ビームの照射により正帯電となる性質を有し、３個の電子の入射に対して、５個電子を放出して正帯電となる状態が示されている。このように、電子ビームの照射により、異物１６０を正に帯電させることができ、このような性質の異物１６０を吸着除去するためには、吸着用電極５０を負に帯電させればよい。図５においては、吸着用電極５０が、吸着用電極制御ユニット５５の電源の負に接続された状態が示されている。

図６は、正帯電の異物１６０を吸着用電極５０で吸着した状態を示した図である。図６において、図５で示した異物１６０を正帯電にした状態から、ステージ７０を移動させて異物１６０を吸着用電極５０に対向する位置に移動させ、負に帯電した吸着用電極５０で異物１６０を静電吸着した状態が示されている。これにより、試料１５０表面に存在する異物１６０を除去することができる。

このように、異物１６０が電子ビームの照射により正帯電となる場合には、吸着用電極５０を負に帯電できるように吸着用電極制御ユニット５５を構成すればよい。

次に、図７及び図８を用いて、吸着用電極５０で静電吸着した異物１６０を、回収用電極６０で回収する異物回収工程について説明する。

図７は、異物回収工程を実行している状態を示した斜視図である。図７において、中央に試料１５０が載置されたＸ−Ｙステージ７０の外側端部に異物を回収するための回収用電極６０が設けられている。また、回収用電極６０は、スイッチング制御ユニットを有する回収用電極制御ユニット６５に接続され、更に回収用制御電極ユニット６５は異物検出手段９５であるコンピュータに接続されている。

上述のように、異物検出工程において、異物１６０の個数や大きさを把握できるので、異物１６０の量を知ることができる。従って、異物１６０を吸着除去する吸着工程の実行中において、異物１６０の吸着用電極５０への吸着量を知ることができる。吸着用電極５０に吸着された異物１６０がある一定量に達したら、吸着用電極５０の表面が異物１６０で覆われてしまい、異物１６０をそれ以上吸着できなくなってしまう。よって、吸着用電極５０が吸着可能な異物１６０の量に到達してしまうか又は到達する前に、吸着用電極に付着した異物１６０を回収することが好ましい。回収用電極６０は、吸着用電極５０に付着した異物１６０を再吸着し、回収する役割を果たす。

図７において、吸着用電極５０に吸着された異物１６０の量に関する情報は、例えば異物検出手段９５から回収用電極制御ユニット６５に送られ、回収用電極６０の動作を制御するようにしてもよい。吸着用電極５０で吸着した異物１６０が所定量に達したら、Ｘ−Ｙステージ７０を移動させ、回収用電極６０が吸着用電極５０の直下に来るようにする。この状態で、吸着用電極５０の帯電を弱め、異物１６０に作用する静電引力を弱めるようにする。それと同時に、回収用電極６０を、異物１６０と異なる極性に帯電させるように電圧を印加すれば、異物１６０は、回収用電極６０の静電引力に吸引され、回収用電極に付着することになる。これにより、確実に吸着用電極５０に吸着した異物１６０を回収することができる。なお、異物１６０の回収は、回収用電極６０を用いなくても、Ｘ−Ｙステージ７０の端部に所定の回収領域を設け、吸着用電極５０と対向させてから単純に吸着用電極５０への通電を切り、静電引力を消滅させるだけでも可能である。しかしながら、異物１６０がきちんと所定の回収領域に落下しなかったり、また回収に時間を要したりするおそれがあるので、本実施例のように回収用電極６０を備えた荷電粒子線装置２００として構成する方がより好ましい。

このように、回収用電極６０を設けることにより、異物１６０の量が多くても、試料１５０上から異物１６０を継続的に吸着除去することが可能となる。また、回収用電極６０の静電引力により、確実かつ迅速に吸着用電極５０に付着した異物１６０を回収することができる。

図８は、正帯電状態にある異物１６０を、回収用電極６０で回収する状態を示した側面図である。図８において、ステージ７０の端部に回収用電極６０が設けられ、回収用電極制御ユニット６５の電源の負端子に接続されている。また、対物レンズの異物１６０に最も近い電極４１の外周部には吸着用電極５０が設けられ、吸着用電極制御ユニット５５の電源の負端子に接続されている。また、吸着用電極制御ユニット５５は、電源接続をオン・オフ可能なスイッチＳＷ１を備え、回収用電極制御ユニット６５も同様に、電源接続をオン・オフ切り替え可能なスイッチＳＷ２を備えている。

異物１６０が正に帯電している場合には、吸着用電極５０は負に帯電され、異物１６０を吸着している。この状態で、吸着用電極制御ユニット５５のスイッチＳＷ１をオフにして吸着用電極５０の帯電を切り、同時に回収用電極制御ユニット６５のスイッチＳＷ２をオンとし、回収用電極６０を負に帯電させる。これにより、異物１６０に作用する静電引力は、上向きの力から下向きの力に切り換わり、異物１６０は回収用電極６０に回収吸着される。

次に、図９乃至図１１を用いて、異物１６０が負帯電の場合の異物除去方法における、一連の異物除去工程について説明する。

図９は、負帯電の場合の異物検出工程を示した側面図である。図９において、構成要素は図５に示した構成要素と同様であるので、その説明を省略する。

図９において、異物１６０に電子ビームが照射される。異物１６０の二次電子放出率は、この場合は１よりも小さく、負帯電となる。図９においては、３個の電子が入射し、２個の電子しか放出せず、異物１６０内の電子が増加して負に帯電してゆく状態が示されている。この場合も、試料１５０は異物１６０とは異なる固有の二次電子放出率を有し、この相違により画像コントラストを取得し、異物１６０の存在位置と帯電情報を知ることができる。なお、吸着用電極制御ユニット５５は、異物１６０が負に帯電しているという情報に基づいて、吸着用電極５０を正に帯電させる電源接続制御を実行する。

図１０は、異物１６０が負帯電の場合の吸着工程を示した側面図である。図１０において、構成要素は図９と同様であるので、その説明を省略する。

図１０において、試料１５０上の異物１６０が、ステージ７０の移動により、吸着用電極５０に接近する位置に移動してゆき、異物１６０が吸着用電極５０に対向する直下の位置に来たときに、吸着用電極５５は正に帯電され、負に帯電した異物１６０を静電引力により吸着する。

図１１は、異物１６０が負帯電の場合の回収工程を示した側面図である。図１１において、構成要素は図８と同様であるが、吸着用電極制御ユニット５５の電源極性と、回収用電極制御ユニット６５の電源極性が反対となっている点のみが異なっている。

図１１において、ステージ７０の移動により、ステージ７０の端部に設けられた回収用電極６０は吸着用電極５０と対向する位置まで接近する。そして、異物１６０が負帯電であるのに対し、吸着用電極５０は吸着用電極制御ユニット５５により正に帯電され、異物１６０を吸着している。ここで、吸着用電極制御ユニット５５のスイッチＳＷ３をオフにして吸着用電極５０の正帯電を切るとともに、回収用電極制御ユニット６５のスイッチＳＷ４をオンにし、回収用電極６５を正に帯電させる。これにより、負帯電の異物１６０は、静電引力により回収用電極６０に回収吸着される。

このように、異物１６０が負帯電の場合には、吸着用電極５０及び回収用電極６０を正に帯電できるように制御すれば、異物１６０を試料１５０から吸着除去できるとともに、吸着した異物１６０を回収して、異物の吸着除去工程を繰返すことができる。

次に、図１２及び図１３を用いて、吸着用電極５０の種々の態様について説明する。

図１２は、対物レンズ４０の試料１５０に最も近接して配置された電極４１の底部を示した底面図である。図１２において、電極４１の周囲を、吸着用電極５０が円環状に囲むように配置されている。このように、異物検出工程においては中央の電極４１で対物レンズとしての機能を果たし、異物吸着工程においては、検出した異物１６０を電極４１の外側に設けられた吸着用電極５０に対向する位置に移動させるようにすれば、異物１６０の帯電極性に関わらず、吸着用電極５０の帯電による異物検出工程への影響を最小限にすることができる。

図１３は、図１２とは異なる態様の電極４１の底部を示した底面図である。図１３において、電極４１の周囲全体ではなく、電極４１の周囲に放射状に吸着用電極５０ａを設けた点において、図１２の態様とは異なっている。吸着用電極５０の面積は減少するが、このような態様であっても、異物１６０を吸着除去することができる。電極４１の面積をより大きく残したため、吸着用電極５０ａの帯電による異物吸着時においても、中央で行われている異物検出工程での影響が更に小さくなる。

次に、図１４及び図１５を用いて、回収用電極６０の今まで説明した実施例とは異なる態様例について説明する。

図１４は、回収用電極６０ａに直接的に電圧を印加せず、電子ビームにより帯電する回収用電極６０ａの態様を示した側面図である。図１４において、異物１６０は正帯電であり、吸着用電極５０は正に帯電されて異物１６０を吸着している状態が示されている。回収用電極６０ａは、その表面が、二次電子放出効率が１以下の材料で構成されている。このような材料で構成された回収用電極６０ａに電子ビームを照射すると、回収用電極６０ａは負帯電となる。

図１５は、回収用電極６０ａが電子ビームの照射により負帯電となる材料を用いた場合の、回収工程を示した側面図である。図１４において、電子ビームの照射により負帯電となった回収用電極６０は、ステージ７０の移動により、吸着用電極５０の直下に移動される。この状態で、吸着用電極５０への負帯電のための通電を切れば、回収用電極６０ａは負帯電となっているため、正帯電の異物１６０は、回収用電極６０ａに吸着回収される。

このように、回収用電極に二次電子放出率が１より小さい材料を用いることにより、回収電極用制御ユニット６５を設けることなく、回収用電極６０ａによる正帯電の異物１６０の回収を行うことができる。

なお、異物１６０が負帯電の場合には、回収用電極６０ａの二次電子放出率が１より大きい材料を用いることにより、同様に異物１６０を回収することができる。

次に、図１６乃至図１８を用いて、異物１６０の帯電が正帯電と負帯電の両方あり得る場合に対応できる態様の荷電粒子線装置２００ａ、２００ｂについて説明する。

図１６は、正帯電吸着用電極５１及び負帯電吸着用電極５２の双方を備えた態様の荷電粒子線装置２００ａを示した図である。図１６において、対物レンズ４０のステージ７０に最も近い電極４１の外周部には、正帯電異物吸着用電極５１と負帯電異物吸着用電極５２の双方が設けられており、負帯電異物吸着用電極５２の外側に正帯電異物吸着用電極５１が配置されている。また、ステージ７０の外側端部には、片側に正帯電異物回収用電極６１が設けられ、他方に負帯電異物回収用電極６２が設けられている。そして、吸着用電極５０は、吸着用電極制御用ユニット５５に接続されているが、正帯電異物吸着用電極５１は電源５６の負電極に接続され、負帯電異物吸着用電極５２は電源５７の正電極に接続されている。また、正帯電異物回収用電極６１は電源６６の負電極に接続され、負帯電異物回収用電極６２は電源６７の正電極に接続されている。

このように、正負両方の吸着用電極５１、５２を備え、電源５６、５７により正負いずれの電位も供給できるような構成としておけば、試料１５０上の異物１６０の帯電状態が正帯電であっても、負帯電であっても対応することができる。また、異物１６０が正帯電のものと負帯電のものと混在している場合であっても、対応することができる。

つまり、異物１６０が吸着用電極５０ｂに接近してきたときに、異物１６０の帯電状態に応じて、異物１６０が正帯電のときには正帯電異物吸着用電極５１を電源５６により負に帯電させて異物１６０を吸着し、異物１６０が負帯電のときには、負帯電吸着用電極５２を電源５７により正に帯電させて異物１６０を吸着すればよい。

また、回収用電極６０ａについても、正帯電の異物１６０を正帯電用吸着電極５１が吸着しているときには、ステージ７０の移動により正帯電異物回収用電極６６が対向したときに正帯電異物吸着用電極５１への負の帯電を切るとともに、正帯電回収用電極６１を電源６６により負に帯電させれば、正帯電の異物１６０を回収することができる。同様に、負帯電の異物１６０が負帯電異物吸着用電極５２に吸着しているときには、負帯電異物回収用電極６２が対向したときに、負帯電異物吸着用電極５２への正帯電を切り、負帯電異物回収用電極６２を電源６７により正帯電となるようにすれば、負帯電の異物１６０を回収することができる。

このように、正帯電異物用吸着電極５１及び負帯電異物吸着用電極５２の双方を有する吸着用電極５０ｂと、正帯電異物回収用電極６１及び負帯電異物回収用電極６２の双方を有する回収用電極６０ａを適用すれば、異物１６０の帯電状態に関わらず、異物１６０を吸着除去及び回収できる荷電粒子線装置２００ａとすることができる。

図１７は、図１６とは異なる回収用電極６０ｂを備えた荷電粒子線装置２００ｂを示した斜視図である。図１７において、Ｘ−Ｙステージ７０の外側端部に回収用電極６０ｂが設けられている点は図１６と同様であるが、正帯電異物回収用電極６１と負帯電異物回収用電極６２が、隣接して配置されている点で異なっている。回収用電極６０ｂの帯電は、回収用電極制御ユニット６５で制御されるが、正帯電異物回収用電極６１は電源６６の負電極に接続され、負帯電異物回収用電極６２は電源６７の正電極に接続されている。

異物回収工程において、Ｘ−Ｙステージ７０の移動により、回収用電極６０ｂが吸着用電極５０に対向する直下の位置に来たときに、吸着された異物１６０の帯電極性に応じて正帯電異物回収用電極６１又は負帯電異物回収用電極６２のいずれかを帯電するようにし、異物１６０の帯電極性が正負いずれの場合であっても異物１６０を回収することができる。

なお、異物１６０の帯電極性は、異物検出手段９５から送られてきた帯電情報に基づいて把握され、回収用電極制御ユニット６５により制御されてよい。

図１８は、図１６の態様の吸着用電極５０ｂと図１７の態様の回収用電極６０ｂを組み合わせた態様の荷電粒子線装置２００ｃを示した側面図である。

図１８において、吸着用電極５０ｂは、正帯電異物吸着用電極５１と負帯電異物吸着用電極５２の双方が径方向に隣接して備えられている。一方、回収用電極６０ｂも、正帯電異物回収用電極６１と負帯電異物回収用電極６２が隣接して備えられている。また、正帯電異物吸着用電極５１は電源５６の負電極に接続され、負帯電異物吸着用電極５２は電源５７の正電極に接続されている。同様に、正帯電異物回収用電極６１は電源６６の負電極に接続され、負帯電異物回収用電極６２は電源６７の正電極に接続されている。

このような構成であっても、ステージ７０の移動により、異物１６０が正帯電の場合であっても、負帯電の場合であっても、適切に吸着除去及び回収することができる。なお、これらの正帯電異物吸着用電極５１と負帯電異物吸着用電極５２との配置関係や、正帯電異物回収用電極６１と負帯電異物回収用電極６２との配置関係は、適宜入れ替えて変更してもよい。

図１８においては、吸着用電極５０、５０ａ、５０ｂは対物レンズ４０の試料１５０に最も近い電極４１の外側に配置され、回収用電極６０、６０ａ、６０ｂもやはりステージ７０の外側に配置された例が示されているが、これらの配置は、両者が対向して接近した位置関係を取れる限り、種々の変形が可能である。

図７乃至図１８を用いて説明したように、本実施例によれば、ステージ７０上に回収用電極６０、６０ａ、６０ｂを設けているから、試料１５０上の異物の観測及び計測のためにステージ７０を移動させる動作の途中で吸着用電極５０、５０ａ、５０ｂに付着した異物１６０を回収することができる。よって、異物１６０の回収のために、特別な動作や機構を必要としない。また、かかる構成により、周期的に吸着用電極５０、５０ａ、５０ｂから異物１６０を回収することが可能となるので、吸着用電極５０、５０ａ、５０ｂは周期的に清浄な状態を取り戻すことができる。従って、吸着用電極５０、５０ａ、５０ｂに付着した異物がウエハ等の試料１５０上に再度落下することを防ぐことができる。

また、本実施例に係る荷電粒子線装置２００、２００ａ、２００ｂ、２００ｃでは、ウエハ等の試料１５０上の観測及び計測を行いながら異物１６０の回収を行うが、回収後にもう一度、回収効果の確認のための観測及び計測を行うことができる。また、これらの一連の動作は、予め用意されたプログラム又はレシピに従って自動的に行われることも可能であるし、オペレータが直接操作しても構わない。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

本発明を適用した実施例に係る荷電粒子線装置２００の全体構成図である。 試料１５０上にあるゴミ等の異物を検出する異物検出工程を示した斜視図である。 異物検出工程の後、Ｘ−Ｙステージ７０を移動させる工程を示した図である。 検出された異物１６０が、吸着用電極５０に吸着される工程を示した図である。 異物１６０が正帯電となる場合の異物検出工程を示した図である。 正帯電の異物１６０を吸着用電極５０で吸着した状態を示した図である。 異物回収工程を実行している状態を示した斜視図である。 正帯電の異物１６０を、回収用電極６０で回収する状態を示した側面図である。 負帯電の場合の異物検出工程を示した側面図である。 異物１６０が負帯電の場合の吸着工程を示した側面図である。 異物１６０が負帯電の場合の回収工程を示した側面図である。 対物レンズ４０の電極４１の底部を示した底面図である。 図１２とは異なる態様の電極４１の底部を示した底面図である。 電子ビームにより帯電する回収用電極６０ａの態様を示した側面図である。 回収用電極６０ａが負帯電の場合の回収工程を示した側面図である。 正帯電吸着用電極５１及び負帯電吸着用電極５２の双方を備えた荷電粒子線装置２００ａを示した図である。 図１６とは異なる回収用電極６０ｂを備えた荷電粒子線装置２００ｂを示した斜視図である。 図１６の態様の吸着用電極５０ｂと図１７の態様の回収用電極６０ｂを組み合わせた態様の荷電粒子線装置２００ｃを示した側面図である。

符号の説明

１０ 電子銃
２０ 一次電子光学系
２１ アパーチャ
２２、８１ レンズ
３０ Ｅ×Ｂフィルタ
４０ 対物レンズ
４１、４２ 電極
５０、５０ａ、５０ｂ 吸着用電極
５１ 正帯電異物吸着用電極
５２ 負帯電異物吸着用電極
５５ 吸着用電極制御ユニット
５６、５７、６６、６７ 電源
６０、６０ａ、６０ｂ 回収用電極
６１ 正帯電異物回収用電極
６２ 負帯電異物回収用電極
６５ 回収用電極制御ユニット
７０ ステージ
７１ ステージ制御用ユニット
７５ 防振台
８０ 二次電子光学系
９０ 帯電情報取得手段
９１ 検出器
９２ 記憶手段
９５ 異物検出手段
１００ 真空筐体
１１０ ゲート弁
１２０ 予備環境室
１３０ ドライポンプ
１３１ ターボ分子ポンプ
１４０ フープ
１５０ 試料
１６０ 異物
２００、２００ａ、２００ｂ、２００ｃ 荷電粒子線装置

Claims (11)

1. 荷電粒子線が照射される試料表面上の異物を除去する異物除去方法であって、
   試料表面の帯電情報を取得する工程と、
   取得した前記帯電情報に基づいて、前記試料表面上の異物を検出する工程と、
   試料を水平方向に移動させる工程と、
   前記試料表面に対向し、近接して配置された吸着用電極が、前記異物の帯電極性と異なる極性に帯電され、接近する前記異物を静電吸着する工程と、を有することを特徴とする異物除去方法。
2. 前記吸着用電極は、前記試料に対向し、近接して配置された対物レンズの一部に組み込まれて配置され、前記異物を静電吸着しないときは前記対物レンズと同電位に帯電されていることを特徴とする請求項１に記載の異物除去方法。
3. 前記吸着用電極に対向して設けられた回収用電極を、前記異物の帯電極性と異なる極性に帯電させるとともに、前記吸着用電極の帯電を切ることにより、前記異物を前記回収用電極に吸着する異物回収吸着工程を更に有することを特徴とする請求項１又は２に記載の異物除去方法。
4. 前記回収用電極は、前記荷電粒子線の照射により、前記異物の帯電極性と異なる極性に帯電する材料からなり、
   前記回収用電極の帯電は、前記回収用電極に予め前記荷電粒子線を照射することにより行われることを特徴とする請求項３に記載の異物除去方法。
5. 前記異物の帯電極性は、正帯電であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の異物除去方法。
6. 前記異物の帯電極性は、負帯電であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の異物除去方法。
7. 荷電粒子線が照射される試料表面上の異物を除去する荷電粒子線装置であって、
   試料を水平移動可能に載置するステージと、
   前記試料表面の帯電情報を取得する帯電情報取得手段と、
   前記帯電情報に基づいて、前記試料表面上の異物を検出する異物検出手段と、
   前記ステージと対向して設けられた吸着用電極とを有し、
   該吸着用電極は、前記ステージの移動により前記試料表面上の前記異物が接近してきたときに、前記異物の帯電極性と異なる極性に帯電され、前記異物を静電吸着することを特徴とする荷電粒子線装置。
8. 前記試料表面に近接して設けられ、複数の電極を有する対物レンズを有し、
   前記吸着用電極は、前記複数の電極の最も前記試料表面に近い電極の一部に組み込まれて配置され、該電極とは独立して電圧の印加が可能であることを特徴とする請求項７に記載の荷電粒子線装置。
9. 前記吸着用電極は、円環状に配置されていることを特徴とする請求項７又は８に記載の荷電粒子線装置。
10. 前記吸着用電極は、放射状に配置されていることを特徴とする請求項７又は８に記載の荷電粒子線装置。
11. 前記ステージは、前記異物と異なる極性に帯電可能な回収用電極を備えたことを特徴とする請求項７乃至１０にいずれか一項に記載の荷電粒子線装置。
    

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