JP2010177004A - 真空排気装置、及び真空排気装置を備えた荷電粒子線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、真空排気時等の巻上げによって生ずるパーティクルの試料への付着を抑制する真空排気装置、及び真空排気装置を備えた荷電粒子線装置の提供を目的とする。
【解決手段】上記目的を達成するために、複数の排気管を持つ予備排気室を備えた真空排気装置であって、当該複数の排気管に流入する気体のパーティクルを検出する複数のパーティクルモニタを備え、当該複数のパーティクルモニタにて検出されるパーティクルの量が多い側に設けられた排気管を用いて、前記予備排気室の真空排気を行う真空排気装置、及び当該真空排気装置を備えた荷電粒子線装置を提案する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、真空排気装置、及び真空排気装置を備えた荷電粒子線装置に係り、特に真空雰囲気内に存在するパーティクルを検出する検出器を備えた真空排気装置、及び荷電粒子線装置に関する。

走査電子顕微鏡に代表される荷電粒子線装置の中には、試料室となる真空チャンバに、予備排気室が接続されたものがある。予備排気室は、試料室に試料を導入する前に、予め試料が存在する雰囲気を排気しておくことで、１の試料の測定或いは検査後に、次の試料の試料室への導入を速やかに行うためのものである。よって、予備排気室には、その内部を大気から、試料室と同じ真空雰囲気まで真空排気するための真空排気機構が取り付けられている。

一方、荷電粒子線装置による測定，検査を行うべく、試料を装置内に導入したときに、試料にパーティクルが付着することがある。このようなパーティクルは、外部から持ち込まれるもの等、種々の発生要因が考えられている。このようなパーティクルを除去するために、特許文献１には、搬送駆動系近傍に磁石を配置することで、金属異物や周辺に浮遊するガス分子を吸着する手法が提案されている。

特開２００８−０４１４６４号公報

外部から持ち込まれたパーティクルの中には、予備排気室内壁等に付着し、予備排気室の給気、或いは排気時に発生する気流によって巻上げられ、試料に付着するものがある。特許文献１に開示の技術は、搬送機構の駆動機構近傍に存在する異物等の除去には非常に有効であるものの、気流によって巻上げられるパーティクルの除去を目的とするものではない。

以下に、真空排気時等の巻上げによって生ずるパーティクルの試料への付着を抑制することを目的とする真空排気装置、及び真空排気装置を備えた荷電粒子線装置について、説明する。

上記目的を達成するために、複数の排気管を持つ予備排気室を備えた真空排気装置であって、当該複数の排気管に流入する気体のパーティクルを検出する複数のパーティクルモニタを備え、当該複数のパーティクルモニタにて検出されるパーティクルの量が多い側に設けられた排気管を用いて、前記予備排気室の真空排気を行う真空排気装置、及び当該真空排気装置を備えた荷電粒子線装置を提案する。

パーティクルの検出量が多い側に配置された排気管による真空排気によって形成される気流は、パーティクルの発生源に近い部分を通過しているものと考えられ、一方でパーティクルの発生源から遠い側に配置された排気管による真空排気によって形成される気流は試料表面を通過してくると考えられる。よって、パーティクルの検出量が多い側に配置された排気管を選択的に用いた真空排気によって、試料に対するパーティクルの付着を抑制しつつ、パーティクルを予備排気室外に除去することが可能となる。

予備排気室の真空排気プロセスを説明するフローチャート。 予備排気室の他の真空排気プロセスを説明するフローチャート。 走査電子顕微鏡の概略構成図。 複数の給気口と給気バルブを備えた走査電子顕微鏡の概略構成図。 排気時の予備排気室内の気流の流れの一例を説明する図。 排気時の予備排気室内の気流の流れの他の例を説明する図。 プレ排気バルブが設けられた予備排気室の一例を説明する図。 予備排気室内の排気口の連結個所を説明する図。

本実施例装置は、排気経路にパーティクルモニタを持つことを特徴とし、また、パーティクルモニタの結果を使用して、排気経路を変更することを特徴とする。

本実施例装置の基本動作を示すフローチャートを図１に、本実施例の適用対象の１つである走査電子顕微鏡の概略構成図を図３に示す。予備排気室３の真空排気は、予備排気室排気バルブ４もしくは予備排気室第２配管排気バルブ１２を経路として行われる。その際に、パーティクルモニタ１０もしくは予備排気室第２配管用パーティクルモニタ１３で予備排気室３から排出されるパーティクルを検出することができる。図３の場合、推定される発生源１４に近い、予備排気室第２配管用パーティクルモニタ１３でより多くのパーティクルが検出される可能性が高い。従って、この場合、予備排気室第２配管排気バルブ１２を経路として真空排気を行うことで、予備排気室３の中のパーティクルを効果的に排出することができる。以上の方法を用いることで、試料８に付着するパーティクルを減少させることが可能となる。図３に例示する走査電子顕微鏡は、図示しない制御装置によって制御されており、各バルブや、真空排気を行うためのポンプ等の動作を制御している。また、当該制御装置には、パーティクルモニタによって検出された検出結果、当該検出結果に基づいて決定された排気口、或いは排気バルブを記憶する記憶媒体を備えており、制御装置は、この記憶媒体に記憶されている情報に基づいて、上述のような経路の選択に基づく真空排気を行うよう、各制御対象を制御する。

なお、図１に例示するフローチャートでは、予備排気室排気バルブ４と予備排気室第２配管排気バルブ１２を同時に開放し、両方の経路から排出されるパーティクルを同時に測定し、比較しているが、片側ずつの経路を交互に開いて、検出されるパーティクル数を比較する方法も可能である。

パーティクルモニタの結果から適切な排気経路を選択する方法について図５と図６を例にして述べる。図５は、予備排気室３内の真空排気を予備排気室第２配管排気バルブ１２で行った際の主な気流の流れを示している。この場合、発生源１４を通過した気流は試料８上を通過せずに、予備排気室第２配管排気バルブ１２へ向かうため、異物は試料８に付着しない。それに対して、図６は、予備排気室３内の真空排気を予備排気室排気バルブ４で行った際の主な気流の流れを示している。この場合、発生源１４を通過した気流は試料上を通過し、予備排気室排気バルブ４へ向かうため、異物が試料８に付着しやすい。

このように、排気経路を変更し、発塵源を通過した気流が試料８上を通らないようにすることで、試料８への異物の付着を抑制することができる。パーティクルモニタの結果は、図５で示す試料に異物が載らない例の経路の方が、排気配管が発塵源に近いため、より多くの異物が通過する。従って、図５の予備排気室第２配管用パーティクルモニタ１３で、図６のパーティクルモニタ１０よりも多くの異物が検出される。ただし、予備排気室第２配管用パーティクルモニタ１３およびパーティクルモニタ１０では、試料８に影響を与えない予備排気室３底部の異物を同時に検出する可能性がある。その場合にも、より多く検出する経路で真空排気を行うことで効果的に異物を排出できるため、複数のパーティクルモニタの結果を比較し、多く検出する経路で排気することで、予備排気室３内の異物を効果的に排出することができる。

なお、試料表面に異物を付着させないようにするための排気管の配置例を図８を用いて説明する。試料表面に異物を載せないようにするためには、パーティクルが含まれる気流ができるだけ、試料表面上を通過しないようにすべきである。即ち、試料上部の雰囲気を排気する際に、パーティクルが付着していると考えられる側に配置される排気管を用いて、排気を行うことが望ましい。このような選択的な排気を行うための排気管の配列として、予備排気が行われるときの試料位置を基準として、当該試料の中心点を通過する仮想の直線によって、試料面方向に分割される２つの空間のそれぞれ一部に、排気管口を設けることが考えられる。図８の例では、試料８の中心を通過する仮想直線（点線や一点鎖線）によって区切られる２つの予備排気室３の空間を包囲する予備排気室内の側壁、或いは底部に、それぞれ排気管を連結することが考えられる。なお、予備排気室内に配置される他の部材等によっても気流の流れは変化するため、それらの存在も考慮した排気管の配置を行うことが望ましい。

このような配置条件によれば、パーティクルの付着位置に応じて、主気流の流れを制御し、巻上げられたパーティクルの試料への付着を抑制することが可能となる。また、このような考え方は、例えば排気管が３つ以上ある場合にも有効である。

図７に予備排気室３底部の異物の影響を受けない構成を示す。予備排気室３上部に、第一プレ排気バルブ１６，第二プレ排気バルブ１８を設け、それぞれに第一プレ排気バルブ用パーティクルモニタ１７と第二プレ排気バルブ用パーティクルモニタ１９を設置する。第一プレ排気バルブ１６および第二プレ排気バルブ１８で引く経路は予備排気室排気バルブ４および予備排気室第２配管排気バルブ１２より排気抵抗を大きくすることで排気速度を落とし、排気初期の異物の巻上げを小さくした経路である。試料８への異物付着への影響が大きい予備排気室３上部の異物の巻上げを検出することで、より効果的に適切な経路を選択することができる。図７の例では、発生源１４に近い第二プレ排気バルブ用パーティクルモニタ１９で第一プレ排気バルブ用パーティクルモニタ１７よりも多くの異物を検出する。選択する排気経路は、第二プレ排気バルブ１８でプレ排気をした後に予備排気室第２配管排気バルブ１２で排気する２段階粗引きとなり、これにより、発生源１４を原因とした異物付着を防ぐことができる。

図２は、図９に例示する真空排気装置の動作を説明するフローチャートである。真空排気時に給気バルブ９を開放することで予備排気室３から排出される気体の流量を増やし、パーティクルモニタ１０もしくは予備排気室第２配管用パーティクルモニタ１３で検出されるパーティクルの量を増やすことができる。これにより、予備排気室３の中のパーティクルを効果的に排出する経路を精度よく特定することができる。

図４に複数の給気バルブ９を持つ構成を示す。前記した図２のフローでの給気バルブ開閉時に複数の給気バルブを切り替えて使用し、その際に検出されるパーティクルの量を比較することで、給気バルブに関しても排気バルブと同様に、効果的な経路を選択的に使用することが可能である。

以上の説明では、異物発生時の対策を述べたが、通常使用時に排気時のパーティクルを監視し、閾値を超えた場合に警告を出し、対策を促すためにパーティクルモニタ結果を使用する使い方も可能である。

以上述べたように、電子線検査装置の複数の排気経路に設けたパーティクルモニタでの検出個数（量）を比較することで、より効果的に予備排気室内のパーティクル除去を可能とする。これにより、試料に付着するパーティクルの低減を可能とする。

１ 試料室
２ 試料室排気バルブ
３ 予備排気室
４ 予備排気室排気バルブ
５ 大気側ゲートバルブ
６ ゲートバルブ
７ 試料ホルダ
８ 試料
９ 給気バルブ
１０ パーティクルモニタ
１１ 電子光学系
１２ 予備排気室第２配管排気バルブ
１３ 予備排気室第２配管用パーティクルモニタ
１４ 発生源
１５ 主な気流の流れ
１６ 第一プレ排気バルブ
１７ 第一プレ排気バルブ用パーティクルモニタ
１８ 第二プレ排気バルブ
１９ 第二プレ排気バルブ用パーティクルモニタ

Claims (4)

1. 荷電粒子線装置の試料室に接続される予備排気室において、
   前記予備排気室内を真空排気する複数の排気管と、
   当該複数の排気管に流入する気体のパーティクルを検出する複数のパーティクルモニタを備え、当該複数のパーティクルモニタにて検出されるパーティクルの量が多い側に設けられた排気管を用いて、前記予備排気室の真空排気を行うことを特徴とする真空排気装置。
2. 請求項１において、前記複数の排気管は、前記予備排気室内にて、予備排気が行われるときの試料位置を基準として、当該試料の中心点を通過する仮想の直線によって、試料面方向に分割される２つの空間を包囲する前記予備排気室内の側壁、或いは底部に、それぞれ設けられることを特徴とする真空排気装置。
3. 請求項１において、
   前記予備排気室に、前記パーティクルモニタによってパーティクルが検出される排気管とは別の複数の排気管が接続され、前記複数のパーティクルモニタにて検出されるパーティクルの量が多い側に設けられた前記別の排気管を用いて、前記予備排気室の真空排気を行うことを特徴とする真空排気装置。
4. 請求項１において、前記真空排気装置がゲートバルブを介して連結されることを特徴とする荷電粒子線装置。

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