JP2016027604A - 表面処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 高速処理が可能であり、スループットを向上することのできる表面処理装置を提供する。
【解決手段】 表面処理装置は、電子ビームを照射して試料２０の表面処理を行う装置である。表面処理装置は、電子ビームを発生させる電子源１０（電子ビームのビーム形状を制御するレンズ系を含む）と、電子ビームが照射される試料２０が設置されるステージ３０と、電子ビームの照射位置を確認する光学顕微鏡１１０を備える。試料２０に照射される電子ビームの電流量は、１０ｎＡ〜１００Ａに設定される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電子ビームを照射して試料の表面処理を行う表面処理装置に関し、特に、大電流の電子ビームを用いた表面処理技術に関する。
従来から、半導体製造の分野では、電子ビームを照射して試料の表面処理を行う表面処理装置が用いられている。例えば、電子ビームを用いて半導体チップのパターンを露光する電子ビーム露光装置が用いられている（特許文献１参照）。また近年では、大面積の荷電粒子を照射して、チップ面積全体を転写する露光装置も提案されている（特許文献２参照）。
特開平５−４７６４３号公報 特開２００２−２７０４９９号公報
しかしながら、従来の露光装置では、試料に照射される電子ビームの電流量が小さく、せいぜい１ｎＡ程度であった。そのため、試料の表面処理を高速で行うことが難しく、スループットの向上が望まれていた。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、高速処理が可能であり、スループットを向上することのできる表面処理装置を提供することを目的とする。
本発明の表面処理装置は、電子ビームを照射して試料の表面処理を行う表面処理装置であって、電子ビームを発生させる電子源と、電子ビームのビーム形状を制御するレンズ系と、電子ビームが照射される試料が設置されるステージと、電子ビームの照射位置を確認する光学顕微鏡と、を備え、試料に照射される電子ビームの電流量は、１０ｎＡ〜１００Ａに設定されている。
この構成により、電子ビームを試料に照射して試料の表面処理を行うことができる。この場合、試料に照射される電子ビームの電流量が１０ｎＡ〜１００Ａに設定されるので、従来に比べて高速処理が可能になり、スループットが大幅に向上する。
本発明の表面処理装置は、電子ビームを照射して試料の表面処理を行う表面処理装置であって、電子ビームを発生させる複数の電子源と、複数の電子源からの電子ビームのビーム形状をそれぞれ制御する複数のレンズ系と、電子ビームが照射される試料が設置されるステージと、電子ビームの照射位置を確認する光学顕微鏡と、を備え、試料に照射される電子ビームの電流量は、１０ｎＡ〜１００Ａに設定されている。
この構成により、電子ビームを試料に照射して試料の表面処理を行うことができる。この場合、複数の電子源と複数のレンズ系を用いることにより、小型の電子源（安価な電子源）を用いて大面積の電子ビームを発生させることができる。また、試料に照射される電子ビームの電流量が１０ｎＡ〜１００Ａに設定されるので、従来に比べて高速処理が可能になり、スループットが大幅に向上する。
本発明の表面処理装置は、電子ビームを照射して試料の表面処理を行う表面処理装置であって、所定の波長の光を発生させる光源と、光源からの光の照射により電子ビームを発生する光電カソードと、電子ビームが照射される試料が設置されるステージと、電子ビームの照射位置を確認する光学顕微鏡と、を備え、試料に照射される電子ビームの電流量は、１０ｎＡ〜１００Ａに設定されている。
この構成により、電子ビームを試料に照射して試料の表面処理を行うことができる。この場合、光電カソードを用いることにより、大面積の電子ビームを発生させることが可能である。また、試料に照射される電子ビームの電流量が１０ｎＡ〜１００Ａに設定されるので、従来に比べて高速処理が可能になり、スループットが大幅に向上する。
また、本発明の表面処理装置では、試料の形状は、円形であり、電子ビームの照射領域の形状は、扇形であり、表面処理装置は、試料の全面に電子ビームを照射できるようにステージを回転移動させるステージ制御部を備えてもよい。
この構成により、円形の試料に扇形の電子ビームが照射される。この場合、ステージを回転移動させることにより、試料の全面に電子ビームを照射することができる。
また、本発明の表面処理装置では、試料の形状は、矩形であり、電子ビームの照射領域の形状は、試料より小サイズの矩形であり、表面処理装置は、試料の全面に電子ビームを照射できるようにステージを並進移動させるステージ制御部を備えてもよい。
この構成により、矩形の試料に矩形（試料より小サイズの矩形）の電子ビームが照射される。この場合、ステージを並進移動させることにより、試料の全面に電子ビームを照射することができる。
また、本発明の表面処理装置では、電子源は、ステージより下側に配置され、試料は、表面処理がなされる面を下向きにしてステージに設置され、電子ビームは、試料に下側から照射されてもよい。
この構成により、表面処理がなされる面を下向きにして試料がステージに設置され、電子ビームが下側から試料に照射される。これにより、表面処理がなされる面に異物やパーティクルなどが重力で落ちて付着するのを低減することができる。
本発明によれば、大電流の電子ビームを用いて表面処理を行うことにより、高速処理が可能であり、スループットを向上することができる。
本発明の第１の実施の形態における表面処理装置の全体構成を示す図である。 本発明の第１の実施の形態における表面処理装置の主要部の構成を示す図である。 本発明の第２の実施の形態における表面処理装置の主要部の構成を示す図である。 本発明の第３の実施の形態における表面処理装置の主要部の構成を示す図である。 本発明の第４の実施の形態における表面処理装置の主要部の構成を示す図である。 本発明の第４の実施の形態における表面処理装置の動作の説明図である。 本発明の第５の実施の形態における表面処理装置の主要部の構成を示す図である。 本発明の第５の実施の形態における表面処理装置の動作の説明図である。 本発明の第６の実施の形態における表面処理装置の主要部の構成を示す図である。 本発明の第７の実施の形態における表面処理装置の主要部の構成を示す図である。 本発明の第７の実施の形態におけるパーティクルキャッチャーの構成を示す図である。 本発明の第７の実施の形態における表面処理装置の動作（サンプル搬送およびビーム照射）の流れを示すフロー図である。 本発明の第７の実施の形態における表面処理装置の動作（真空排気）の流れを示すフロー図である。 本発明の第８の実施の形態における表面処理装置の動作の説明図である。 本発明の第８の実施の形態における表面処理装置の動作の説明図である。 本発明の第９の実施の形態における表面処理装置の主要部の構成を示す図である。 本発明の第９の実施の形態におけるビーム調整治具（プレート）と矩形アパーチャ（カバー）の構成を示す図である。 本発明の第９の実施の形態における表面処理装置の動作の流れを示すフロー図である。 本発明の第９の実施の形態における表面処理装置の変形例の構成を示す図である。 本発明の第９の実施の形態におけるビームの偏向量に対するカバーの吸収電流の変化を示す図である。 本発明の第９の実施の形態におけるプレートの２Ｄスキャン像（電子像）の説明図である。 本発明の第９の実施の形態におけるカバーとプレートのずれの説明図であるう。
以下、本発明の実施の形態の表面処理装置について、図面を用いて説明する。表面処理装置は、電子ビームを照射して試料の表面処理を行う装置である。以下では、例えば、膜や母材など（ウェハ、マスク、レジスト、酸化膜、導電膜、クオーツなど）の表面処理を行う表面処理装置の場合を例示する。
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態の表面処理装置の構成を、図面を参照して説明する。ここでは、まず装置の全体構成を説明し、つぎに装置の主要部について説明する。
図１は、本実施の形態の表面処理装置の全体構成を示す図である。図１に示すように、表面処理装置は、電子線コラム系１００と、光学顕微鏡１１０と、ＳＥＭ式検査装置１２０と、メインチャンバ１６０と、トランスファーチャンバ１６１と、ロードロック１６２と、ミニエンバイロメント１８０と、ロードポート１９０を備えている。光学顕微鏡１１０は、試料の位置合わせなどに用いることができる。また、ＳＥＭ１２０は、レビュー観察などに用いることができる。
ミニエンバイロメント１８０には、大気中の搬送ロボット、試料アライメント装置、クリーンエアー供給機構等が設けられる。トランスファーチャンバ１６１には、真空中の搬送ロボットが設けられる。常に真空状態のトランスファーチャンバ１６１にロボットが配置されるので、圧力変動によるパーティクル等の発生を最小限に抑制することが可能である。
メインチャンバ１６０には、ｘ方向、ｙ方向及びθ（回転）方向に移動するステージ３０が設けられ、ステージ３０の上に静電チャックが設置されている。静電チャックには試料そのものが設置される。または、試料は、パレットや冶具に設置された状態で静電チャックに保持される。
メインチャンバ１６０は、真空制御系１５０により、チャンバ内を真空状態が保たれるように制御される。また、メインチャンバ１６０、トランスファーチャンバ１６１及びロードロック１６２は、除振台１７０上に載置され、床からの振動が伝達されないように構成されている。
また、メインチャンバ１６０には、電子光学系１００が設置されている。この電子コラム１００は、１次光学系及び２次光学系の電子コラム系と、試料からの２次放出電子またはミラー電子等を検出する検出器７０を備えている。１次光学系は、電子銃および１次系レンズを含む。２次光学系は、コンデンサレンズ、Ｅ×Ｂ、トランスファーレンズ、ＮＡ調整アパーチャ、プロジェクションレンズを含む。検出器７０は、２次光学系に含まれる。検出器７０からの信号は、画像処理装置９０に送られて処理される。
画像処理装置９０では、オンタイムの信号処理及びオフタイムの信号処理の両方が可能である。オンタイムの信号処理は、検査を行っている間に行われる。オフタイムの信号処理を行う場合、画像のみが取得され、後で信号処理が行われる。画像処理装置９０で処理されたデータは、ハードディスクやメモリなどの記録媒体に保存される。また、必要に応じて、コンソールのモニタにデータを表示することが可能である。このような信号処理を行うため、システムソフト１４０が備えられている。また、電子コラム系に電源を供給すべく、電子光学系制御電源１３０が備えられている。
試料は、ロードポート１９０より、ミニエンバイロメント１８０中に搬送され、その中でアライメント作業がおこなわれる。試料は、大気中の搬送ロボットにより、ロードロック１６２に搬送される。ロードロック１６２は、大気から真空状態へと、真空ポンプにより排気される。圧力が、一定値（１Ｐａ程度）以下になると、トランスファーチャンバ１６１に配置された真空中の搬送ロボットにより、ロードロック１６２からメインチャンバ１６０に、試料２０が搬送される。そして、ステージ３０上の静電チャック機構上に試料２０が設置される。
図２は、本実施の形態の表面処理装置の主要部（電子光学系とメインチャンバとを含む主要部）の構成を示す図である。図２に示すように、表面処理装置は、電子ビームを発生させる電子源１０を備えている。電子源１０には、電子ビームのビーム形状を制御するレンズ系が設けられている。また、表面処理装置は、電子ビームが照射される試料２０が設置されるステージ３０を備えている。さらに、表面処理装置は、電子ビームの照射位置を確認するための光学顕微鏡１１０を備えている。
試料２０に照射される電子ビームの電流量は、１０ｎＡ〜１００Ａに設定されている。電子源１０としては、ＬａＢ６カソード、ホローカソード、タングステンフィラメントなどが使用可能である。電子源１０には、０〜−５０００Ｖの電圧が印加され、試料２０には、０〜−２０００Ｖの電圧が印加される。そして、ランディングエナジーＬＥは、０〜５０００ｅＶに設定される。
この場合、ステージ３０を移動させて、電子ビームの照射領域を制御することができる。電子ビームの照射位置は、光学顕微鏡１１０を用いて確認することができる。また、ステージ移動制御とブランキングビーム制御（ドーズ制御）を組み合わせることにより、電子ビームの照射領域を制御することができる。
このような本実施の形態の表面処理装置によれば、電子ビームを照射して試料２０の表面処理を行うことができる。この場合、試料２０に照射される電子ビームの電流量が１０ｎＡ〜１００Ａに設定されるので、従来に比べて高速処理が可能になり、スループットが大幅に向上する。
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態の表面処理装置の構成を、図面を参照して説明する。なお、表面処理装置の全体構成については、第１の実施の形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
図３は、本実施の形態の表面処理装置の主要部（電子光学系とメインチャンバとを含む主要部）の構成を示す図である。図３に示すように、表面処理装置は、電子ビームを発生させる複数の電子源１０を備えている。複数の電子源１０の各々には、それぞれの電子ビームのビーム形状を制御するレンズ系が設けられている。また、表面処理装置は、電子ビームが照射される試料２０が設置されるステージ３０を備えている。さらに、表面処理装置は、電子ビームの照射位置を確認するための光学顕微鏡１１０を備えている。
試料２０に照射される電子ビームの電流量は、１０ｎＡ〜１００Ａに設定されている。電子源１０としては、ＬａＢ６カソード、ホローカソード、タングステンフィラメントなどが使用可能である。電子源１０には、０〜−５０００Ｖの電圧が印加され、試料２０には、０〜−２０００Ｖの電圧が印加される。ランディングエナジーＬＥは、０〜５０００ｅＶに設定される。
この場合、ステージ３０を移動させて、電子ビームの照射領域を制御することができる。電子ビームの照射位置は、光学顕微鏡１１０を用いて確認することができる。また、ステージ移動制御とブランキングビーム制御（ドーズ制御）を組み合わせることにより、電子ビームの照射領域を制御することができる。
このような本実施の形態の表面処理装置によれば、電子ビームを照射して試料２０の表面処理を行うことができる。この場合、複数の電子源１０を束ねて一つの電子源として使用することができる。このように、複数の電子源１０（複数のレンズ系を含む）を用いることにより、小型の電子源（安価な電子源）を用いて大面積の電子ビームを発生させることができる。また、試料２０に照射される電子ビームの電流量が１０ｎＡ〜１００Ａに設定されるので、従来に比べて高速処理が可能になり、スループットが大幅に向上する。
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態の表面処理装置の構成を、図面を参照して説明する。なお、表面処理装置の全体構成については、第１の実施の形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
図４は、本実施の形態の表面処理装置の主要部（電子光学系とメインチャンバとを含む主要部）の構成を示す図である。図４に示すように、表面処理装置は、所定の波長の光を発生させる光源４０と、光源からの光の照射により電子ビームを発生する光電カソード４１を備えている。また、表面処理装置は、電子ビームが照射される試料２０が設置されるステージ３０を備えている。さらに、表面処理装置は、電子ビームの照射位置を確認するための光学顕微鏡１１０を備えている。なお、光学顕微鏡１１０は、メインチャンバ１６０に設けられてもよく、また、ロードロック１６２に設けられてもよい。
光源４０は、メインチャンバ１６０の外に設置することができる。この場合、光源４０からの光は、メインチャンバ１６０に設けた透過窓４２を通して光電カソード４１に達するように構成することができる。透過窓４２としては、合成石英、クオーツ、ＦＯＰ（ファイバオプティクプレート）などを用いることができる。光電カソード４１からの放射電子量や、電子ビームの方向性および均等性は、引出し電極４３によって制御することができる。
試料２０に照射される電子ビームの電流量は、１０ｎＡ〜１００Ａに設定されている。光源４０としては、ＤＵＶランプ、ＤＵＶレーザー、Ｘ線レーザー、ＵＶレーザー、ＵＶランプ、ＬＥＤ、ＬＤなどが使用可能である。光電カソード４１には、０〜−５０００Ｖの電圧が印加され、試料２０には、０〜−２０００Ｖの電圧が印加される。ランディングエナジーＬＥは、０〜５０００ｅＶに設定される。
この場合、ステージ３０を移動させて、電子ビームの照射領域を制御することができる。電子ビームの照射位置は、光学顕微鏡１１０を用いて確認することができる。また、ステージ移動制御と光源オン／オフ制御（ドーズ制御）を組み合わせることにより、電子ビームの照射領域を制御することができる。
このような本実施の形態の表面処理装置によれば、電子ビームを照射して試料２０の表面処理を行うことができる。この場合、光電カソード４１を用いることにより、大面積の電子ビームを発生させることが可能である。また、試料２０に照射される電子ビームの電流量が１０ｎＡ〜１００Ａに設定されるので、従来に比べて高速処理が可能になり、スループットが大幅に向上する。
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態の表面処理装置の構成を、図面を参照して説明する。なお、表面処理装置の全体構成については、第１の実施の形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
図５は、本実施の形態の表面処理装置の主要部（電子光学系とメインチャンバとを含む主要部）の構成を示す図である。図５に示すように、表面処理装置は、所定の波長の光を発生させる光源４０と、光源からの光の照射により電子ビームを発生する光電カソード４１を備えている。また、表面処理装置は、電子ビームが照射される試料２０が設置されるステージ３０を備えている。さらに、表面処理装置は、電子ビームの照射位置を確認するための光学顕微鏡１１０を備えている。なお、光学顕微鏡１１０は、メインチャンバ１６０に設けられてもよく、また、ロードロック１６２に設けられてもよい。
光源４０は、メインチャンバ１６０の外に設置することができる。この場合、光源４０からの光は、メインチャンバ１６０に設けた透過窓４２を通して光電カソード４１に達するように構成することができる。透過窓４２としては、合成石英、クオーツ、ＦＯＰ（ファイバオプティクプレート）などを用いることができる。
光電カソード４１からの放射電子量や、電子ビームの方向性および均等性は、引出し電極４３によって制御することができる。引出し電極４３を設けることにより、電子の拡散を抑えて、余分な領域に照射される電子を低減することができ、引出し効果により電子発生効率を高めることができる。なお、引出し電極４３は、必ずしも設けなくてもよい。引出し電極４３を設けない場合には、電子ビームが広がる（電子が広い領域に照射される）ことになるものの、コストを低減することができる。
試料２０に照射される電子ビームの電流量は、１０ｎＡ〜１００Ａに設定されている。光源４０としては、ＤＵＶランプ、ＤＵＶレーザー、Ｘ線レーザー、ＵＶレーザー、ＵＶランプ、ＬＥＤ、ＬＤなどが使用可能である。光電カソード４１には、０〜−５０００Ｖの電圧が印加され、試料２０には、０〜−２０００Ｖの電圧が印加される。ランディングエナジーＬＥは、０〜５０００ｅＶに設定される。
本実施の形態では、試料２０の形状は、円形であり、電子ビームの照射領域の形状は、その円形（試料２０の形状）の一部を構成する扇形である（図６参照）。したがって、第３の実施の形態と比べると、光源４０や光電カソード４１などの電子源の構成は小さくて済む。この場合、表面処理装置は、試料２０の全面に電子ビームを照射できるようにステージ３０を回転移動させるステージ制御部５０を備えている。
この場合、ステージ制御部５０の制御により、ステージ３０を回転移動させて、電子ビームの照射領域を制御することができる。例えば、図６に示すように、電子ビームの照射領域の形状（図において斜線で図示）が、試料２０の形状（円形）の一部を構成する扇形である場合、ステージ３０を回転移動させることにより、試料２０の全面に均一に電子ビームを照射することができる。
なお、電子ビームの照射位置は、光学顕微鏡１１０を用いて確認することができる。また、ステージ移動制御と光源オン／オフ制御（ドーズ制御）を組み合わせることにより、電子ビームの照射領域を制御することができる。
このような本実施の形態の表面処理装置によっても、電子ビームを照射して試料２０の表面処理を行うことができる。この場合、円形の試料２０に扇形の電子ビームが照射される。この場合、ステージ３０を回転移動させることにより、試料２０の全面に電子ビームを均一に照射することができる。
（第５の実施の形態）
本発明の第５の実施の形態の表面処理装置の構成を、図面を参照して説明する。なお、表面処理装置の全体構成については、第１の実施の形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
図７は、本実施の形態の表面処理装置の主要部（電子光学系とメインチャンバとを含む主要部）の構成を示す図である。図７に示すように、表面処理装置は、所定の波長の光を発生させる光源４０と、光源からの光の照射により電子ビームを発生する光電カソード４１を備えている。また、表面処理装置は、電子ビームが照射される試料２０が設置されるステージ３０を備えている。さらに、表面処理装置は、電子ビームの照射位置を確認するための光学顕微鏡１１０を備えている。なお、光学顕微鏡１１０は、メインチャンバ１６０に設けられてもよく、また、ロードロック１６２に設けられてもよい。
光源４０は、メインチャンバ１６０の外に設置することができる。この場合、光源４０からの光は、メインチャンバ１６０に設けた透過窓４２を通して光電カソード４１に達するように構成することができる。透過窓４２としては、合成石英、クオーツ、ＦＯＰ（ファイバオプティクプレート）などを用いることができる。
光電カソード４１からの放射電子量や、電子ビームの方向性および均等性は、引出し電極４３によって制御することができる。引出し電極４３を設けることにより、電子の拡散を抑えて、余分な領域に照射される電子を低減することができ、引出し効果により電子発生効率を高めることができる。なお、引出し電極４３は、必ずしも設けなくてもよい。引出し電極４３を設けない場合には、電子ビームが広がる（電子が広い領域に照射される）ことになるものの、コストを低減することができる。
試料２０に照射される電子ビームの電流量は、１０ｎＡ〜１００Ａに設定されている。光源４０としては、ＤＵＶランプ、ＤＵＶレーザー、Ｘ線レーザー、ＵＶレーザー、ＵＶランプ、ＬＥＤ、ＬＤなどが使用可能である。光電カソード４１には、０〜−５０００Ｖの電圧が印加され、試料２０には、０〜−２０００Ｖの電圧が印加される。ランディングエナジーＬＥは、０〜５０００ｅＶに設定される。
本実施の形態では、試料２０の形状は、矩形であり、電子ビームの照射領域の形状は、試料２０より小サイズの矩形である（図８参照）。したがって、第３の実施の形態と比べると、光源４０や光電カソード４１などの電子源の構成は小さくて済む。この場合、表面処理装置は、試料２０の全面に電子ビームを照射できるようにステージ３０を回転移動させるステージ制御部５０を備えている。
この場合、ステージ制御部５０の制御により、ステージ３０を併進移動させて、電子ビームの照射領域を制御することができる。例えば、図８に示すように、電子ビームの照射領域の形状（図において斜線で図示）が、試料２０の形状（矩形）より小サイズの矩形である場合、ステージ３０を併進移動させることにより、試料２０の全面に均一に電子ビームを照射することができる。
なお、電子ビームの照射位置は、光学顕微鏡１１０を用いて確認することができる。また、ステージ移動制御と光源オン／オフ制御（ドーズ制御）を組み合わせることにより、電子ビームの照射領域を制御することができる。例えば、試料２０のうち特定の部分領域だけに電子ビームを照射する制御（スポット照射制御）を行うことも可能である。
このような本実施の形態の表面処理装置によっても、電子ビームを照射して試料２０の表面処理を行うことができる。この場合、矩形の試料２０に矩形（試料２０より小サイズの矩形）の電子ビームが照射される。この場合、ステージ３０を並進移動させることにより、試料２０の全面に電子ビームを均一に照射することができる。また、試料２０のうち特定の部分領域だけに電子ビームを照射する制御（スポット照射制御）を行うことも可能である。
（第６の実施の形態）
本発明の第６の実施の形態の表面処理装置の構成を、図面を参照して説明する。なお、表面処理装置の全体構成については、第１の実施の形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
図９は、本実施の形態の表面処理装置の主要部（電子光学系とメインチャンバとを含む主要部）の構成を示す図である。図９に示すように、表面処理装置は、電子ビームを発生させる電子源１０を備えている。電子源１０には、電子ビームのビーム形状を制御するレンズ系が設けられている。また、表面処理装置は、電子ビームが照射される試料２０が設置されるステージ３０を備えている。さらに、表面処理装置は、電子ビームの照射位置を確認するための光学顕微鏡１１０を備えている。
試料２０に照射される電子ビームの電流量は、１０ｎＡ〜１００Ａに設定されている。電子源１０としては、ＬａＢ６カソード、ホローカソード、タングステンフィラメントなどが使用可能である。電子源１０には、０〜−５０００Ｖの電圧が印加され、試料２０には、０〜−２０００Ｖの電圧が印加される。そして、ランディングエナジーＬＥは、０〜５０００ｅＶに設定される。
この場合、ステージ３０を移動させて、電子ビームの照射領域を制御することができる。電子ビームの照射位置は、光学顕微鏡１１０を用いて確認することができる。また、ステージ移動制御とブランキングビーム制御（ドーズ制御）を組み合わせることにより、電子ビームの照射領域を制御することができる。
そして、本実施の形態では、電子源１０は、ステージ３０より下側（鉛直方向で下側）に配置され、試料２０は、表面処理がなされる面を下向き（鉛直方向で下向き）にしてステージ３０に設置される。したがって、図９に示すように、電子ビームは、試料２０に対して下側から照射される。
このような本実施の形態の表面処理装置によっても、電子ビームを照射して試料２０の表面処理を行うことができる。この場合、表面処理がなされる面を下向きにして試料２０がステージ３０に設置され、電子ビームが下側から試料２０に照射される。これにより、表面処理がなされる面に異物やパーティクルなどが重力で落ちて付着するのを低減することができる。
なお、ここでは、第１の実施の形態の構成を上下逆にして、電子ビームが試料２０に下側から照射される構成としたが、他の実施の形態（第２〜第５の実施の形態）の構成を上下逆にして、電子ビームが試料２０に下側から照射される構成としてもよい。
（第７の実施の形態）
本発明の第７の実施の形態の表面処理装置の構成を、図面を参照して説明する。なお、表面処理装置の全体構成については、第２の実施の形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
図１０は、本実施の形態の表面処理装置の主要部の構成を示す図である。図１０に示すように、表面処理装置のコラム内には、電子ビームを発生させるカソード等の電子ビーム源１０と、電子ビームを偏向させる偏向器２００と、ゲートバルブ２１０と、パーティクルキャッチャー２２０が備えられている。また、表面処理装置のメインチャンバ内には、ステージ３０を覆うカバー２３０（矩形アパーチャ）と、カバー２３０とステージとの間に出し入れ可能に設けられるプレート２４０（ビーム調整器）と、ステージ３０を昇降させるリフト機構２５０が備えられている。
また、表面処理装置には、２つのターボポンプ（コラム用のターボポンプ２６０、メインチャンバ用のターボポンプ２７０）と、１つのドライポンプ２８０が設けられている。さらに、メインチャンバとトランスファーチャンバとの間には、試料（サンプル）を搬送するとき等に用いられる搬送用ゲートバルブ２９０が設けられている。
この場合、表面処理装置の全体の動作制御は、全体制御部３００により行われており、電子ビームの照射や偏向などの制御は、ビーム制御部３１０により行われている。また、真空ポンプ（ターボポンプ２６０、２７０、ドライポンプ２８０）やリフト機構２５０などの制御は、周辺制御部３２０により行われており、バルブの開閉制御（空気圧制御）は、ブロックマニホールド３３０により行われている。
図１１は、本実施の形態のパーティクルキャッチャー２２０の構成を示す図である。図１１に示すように、パーティクルキャッチャー２２０は、ベース部材２２０Ａと、ベース部材２２０Ａの上に設けられる吸着材２２０Ｂとで構成されている。吸着材２２０Ｂは、例えばＳｉＯ2ゲルなどで構成されており、コラム内を浮遊するパーティクルを吸着する機能を備えている。パーティクルキャッチャー２２０を設けることにより、コラム内を浮遊するパーティクルがステージ上の試料（サンプル）の表面に落ちるのを防ぐことができる。
パーティクルキャッチャー２２０は、開閉可能（出し入れ可能）とされている。ここでは、パーティクルキャッチャー２２０が引き出されている（ステージ上に配置されている）状態を、パーティクルキャッチャー２２０が閉じた状態といい、パーティクルキャッチャー２２０が引き入れられている（ステージ上から撤去されている）状態を、パーティクルキャッチャー２２０が開いた状態という。
図１２は、本実施の形態の表面処理装置において、ある試料（サンプル）へのビーム照射が終了した後、次の試料を搬送してビーム照射をするときの処理の流れを示すフロー図である。図１２に示すように、まず、表面処理が完了した試料へのビーム照射を停止し（Ｓ１）、パーティクルキャッチャー２２０を閉じた状態にする（Ｓ２）。これにより、試料の上にパーティクルが落ちるのを防ぐことができる。そして、ゲートバルブ２１０を閉じるとともに（Ｓ３）、リフト機構２５０でステージを下降させる（Ｓ４）。
つぎに、搬送用ゲートバルブ２９０を開けて（Ｓ５）、次の試料（サンプル）を搬送し（Ｓ６）、搬送用ゲートバルブ２９０を閉じる（Ｓ７）。そして、真空ポンプを起動を起動した後（Ｓ８）、リフト機構２５０でステージを上昇させる（Ｓ９）。なお、ステージを上昇させる処理は、試料表面が印加ピン３４０（図１６および図１９参照）に接触すると終了する。試料表面が印加ピン３４０に接触した状態では、試料表面の電位はＧＮＤとなる。そして真空排気が完了すると、ゲートバルブ２１０を開け（Ｓ１０）、パーティクルキャッチャー２２０を開けて（Ｓ１１）、試料へのビーム照射を開始する（Ｓ１２）。
図１３は、本実施の形態の表面処理装置において、真空排気の処理の流れを示すフロー図である。図１３に示すように、真空排気をする場合には、まずドライポンプ２８０を作動させる（Ｓ２０）。そして、パーティクルキャッチャー２２０を閉じて（Ｓ２１）、ゲートバルブ２１０を閉じ（Ｓ２２）、その後、パーティクルキャッチャー２２０を開いて（Ｓ２３）、ターボポンプ２７０を起動させる（Ｓ２４）。このように、ターボポンプ２７０を起動させる前にパーティクルキャッチャー２２０を開いておくことにより、パーティクルキャッチャー２２０に吸着されていたパーティクルが（真空排気時の気流などの影響をうけてパーティクルキャッチャー２２０から離れて）試料の上に落ちるのを防ぐことができる。
（第８の実施の形態）
本発明の第８の実施の形態の表面処理装置の構成を、図面を参照して説明する。なお、表面処理装置の全体構成については、第７の実施の形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
本実施の形態の表面処理装置では、電子ビームをＸＹ方向（ステージ平面上の２次元方向）に偏向させることにより試料表面に均一に電子ビームを照射する制御が行われる。図１４および図１５は、電子ビームをＸＹ方向に偏向させる制御の説明図である。より具体的には、図１４は、偏向させた電子ビームの座標（Ｘ座標とＹ座標）の時間変化を示す図であり、図１５は、電子ビームをＸＹ方向に偏向させる様子を示す平面図（試料を電子ビーム源側から見た平面図）である。
図１４および図１５の例では、時間ｔ０からｔ１にかけて、電子ビームは、まずＸ座標が大きくなる方向（Ｘ座標のプラス方向。図１５における右方向）に偏向され（Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４）、その後、Ｘ座標が小さくなる方向（マイナス方向。図１５における左方向）に偏向される（Ｘ４、Ｘ５、Ｘ６、Ｘ７）。このとき、電子ビームのＹ座標はＹ１のまま一定である。そして、Ｘ座標がＸ８（＝Ｘ１）になると、Ｙ座標が大きくなる方向（Ｙ座標のプラス方向。図１５における下方向）に偏向され、電子ビームのＹ座標がＹ２になる。
同様に、時間ｔ１からｔ２にかけて、電子ビームは、まずＸ座標が大きくなる方向（Ｘ座標のプラス方向。図１５における右方向）に偏向され（Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４）、その後、Ｘ座標が小さくなる方向（マイナス方向。図１５における左方向）に偏向される（Ｘ４、Ｘ５、Ｘ６、Ｘ７）。このとき、電子ビームのＹ座標はＹ２のまま一定である。そして、Ｘ座標がＸ８（＝Ｘ１）になると、Ｙ座標が大きくなる方向（Ｙ座標のプラス方向。図１５における下方向）に偏向され、電子ビームのＹ座標がＹ３になる。
また、時間ｔ２からｔ３にかけて、電子ビームは、まずＸ座標が大きくなる方向（Ｘ座標のプラス方向。図１５における右方向）に偏向され（Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４）、その後、Ｘ座標が小さくなる方向（マイナス方向。図１５における左方向）に偏向される（Ｘ４、Ｘ５、Ｘ６、Ｘ７）。このとき、電子ビームのＹ座標はＹ３のまま一定である。そして、Ｘ座標がＸ８（＝Ｘ１）になると、Ｙ座標が大きくなる方向（Ｙ座標のプラス方向。図１５における下方向）に偏向され、電子ビームのＹ座標がＹ４になる。
そして、時間ｔ３からｔ４にかけて、電子ビームは、まずＸ座標が大きくなる方向（Ｘ座標のプラス方向。図１５における右方向）に偏向され（Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４）、その後、Ｘ座標が小さくなる方向（マイナス方向。図１５における左方向）に偏向される（Ｘ４、Ｘ５、Ｘ６、Ｘ７）。このとき、電子ビームのＹ座標はＹ４のまま一定である。そして、Ｘ座標がＸ８（＝Ｘ１）になると、今度は、Ｙ座標が小さくなる方向（Ｙ座標のマイナス方向。図１５における上方向）に偏向され、電子ビームのＹ座標がＹ５になる。
同様に、時間ｔ４からｔ５にかけて、電子ビームは、まずＸ座標が大きくなる方向（Ｘ座標のプラス方向。図１５における右方向）に偏向され（Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４）、その後、Ｘ座標が小さくなる方向（マイナス方向。図１５における左方向）に偏向される（Ｘ４、Ｘ５、Ｘ６、Ｘ７）。このとき、電子ビームのＹ座標はＹ５のまま一定である。そして、Ｘ座標がＸ８（＝Ｘ１）になると、Ｙ座標が小さくなる方向（Ｙ座標のマイナス方向。図１５における上方向）に偏向され、電子ビームのＹ座標がＹ６になる。
また、時間ｔ５からｔ６にかけて、電子ビームは、まずＸ座標が大きくなる方向（Ｘ座標のプラス方向。図１５における右方向）に偏向され（Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４）、その後、Ｘ座標が小さくなる方向（マイナス方向。図１５における左方向）に偏向される（Ｘ４、Ｘ５、Ｘ６、Ｘ７）。このとき、電子ビームのＹ座標はＹ６のまま一定である。そして、Ｘ座標がＸ８（＝Ｘ１）になると、Ｙ座標が小さくなる方向（Ｙ座標のマイナス方向。図１５における上方向）に偏向され、電子ビームのＹ座標がＹ７になる。
そして、時間ｔ６からｔ７にかけて、電子ビームは、まずＸ座標が大きくなる方向（Ｘ座標のプラス方向。図１５における右方向）に偏向され（Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４）、その後、Ｘ座標が小さくなる方向（マイナス方向。図１５における左方向）に偏向される（Ｘ４、Ｘ５、Ｘ６、Ｘ７）。このとき、電子ビームのＹ座標はＹ６のまま一定である。そして、Ｘ座標がＸ８（＝Ｘ１）になると、Ｙ座標が小さくなる方向（Ｙ座標のマイナス方向。図１５における上方向）に偏向され、電子ビームのＹ座標がＹ１になる。
このようにして、時間ｔ０からｔ７にかけて電子ビームをＸＹ方向に偏向させる制御が行われる。この場合、Ｘ座標とＹ座標のそれぞれについて、座標値が大きくなる方向のときの電子ビームの照射位置と座標値が小さくなるときの電子ビームの照射位置とが異なる位置になるように、電子ビームを偏向させている。すなわち、電子ビームを偏向させてＸＹ方向に往復させるときに、往路（座標値が大きくなるとき）と復路（座標値が小さくなるとき）とで異なる位置に電子ビームを照射している。これにより、試料表面に均一に電子ビームを照射することができる。
なお、図１４および図１５の例では、Ｘ座標の大小関係は「Ｘ１＜Ｘ７＜Ｘ２＜Ｘ６＜Ｘ３＜Ｘ５＜Ｘ４」であり、また、Ｙ座標の大小関係は「Ｙ１＜Ｙ７＜Ｙ２＜Ｙ６＜Ｙ３＜Ｙ５＜Ｙ４」である。また、図１４および図１５では、時間ｔ０からｔ４における電子ビームの照射位置が丸印で図示され、時間ｔ４からｔ７における電子ビームの照射位置が四角印で図示されている。この例で、電子ビームの照射位置（ＸＹ座標）は離散値であるが、本発明の範囲はこれに限定されない。
（第９の実施の形態）
本発明の第９の実施の形態の表面処理装置の構成を、図面を参照して説明する。なお、表面処理装置の全体構成については、第７の実施の形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
図１６は、本実施の形態の表面処理装置の主要部の構成を示す図である。図１６に示すように、この表面処理装置は、吸収電極３５０を備えている。吸収電極３５０は、この電極まで到達した電子ビーム量（この電極によって吸収された電子ビーム量）を、電流値として測定するための電極である。すなわち、この表面処理装置は、吸収電極３５０によって吸収された電子ビーム量を測定できるように構成されている。また、この表面処理装置は、プレート２４０（ビーム調整器）によって吸収された電子ビーム量も測定できるように構成されている。
図１７は、本実施の形態におけるプレート２４０とカバー２３０の構成を示す図である。図１７に示すように、プレート２４０は、複数のビーム穴２４０Ａ（小ビーム穴）を備えており、そのうち１つのビーム穴２４０Ａは、プレート２４０の中央に設けられている。このビーム穴２４０Ａを用いて、偏向値の設定（偏向値テーブルの作成）をすることができる。また、このプレート２４０には、全ビームを遮ることなく通すことができるビーム穴２４０Ｂ（大ビーム穴）が設けられている。このビーム穴２４０Ｂを用いて全ビーム量を測定することができる。なお、図１７の例では、ビーム穴２４０Ａが９個の場合を図示したが、本発明の範囲はこれに限定されず、ビーム穴２４０Ａの数は９個以外（例えば５個）であってもよい。また、ビーム穴２４０Ｂは、設けられていなくてもよい。
図１７に示すように、カバー２３０は全体として矩形であり、中央に矩形の穴部が設けられている。カバー２３０は、矩形のリング形状をしているともいえる。カバー２３０の中央の穴部のサイズは、試料（サンプル）のサイズより小さく設定されている。吸収電極３５０のサイズは、試料のサイズとほぼ同じである。したがって、カバー２３０の中央の穴部のサイズは、吸収電極３５０のサイズより小さく設定されている（図１６参照）。また、カバー２３０の中央の穴部のサイズは、プレート２４０のサイズより小さく設定されている（図１６参照）。
本実施の形態の表面処理装置では、偏向値の設定（偏向値テーブルの作成）をすることができる。図１８は、その動作の流れを示すフロー図である。この表面処理装置では、まず、図１６に示すようにプレート２４０をメカ中心に移動する（Ｓ３０）。つぎに、電子ビームの照射位置を偏向させて、プレート２４０の中央のビーム穴２４０Ａの位置に調整する（Ｓ３１）。この状態から、レンズパワーの調整と電子ビームのＸＹ偏向を行うことによって、プレート２４０の中央のビーム穴２４０Ａを通過する電子ビームのプロファイル（吸収電極３５０の吸収電流のプロファイル）を取得する（Ｓ３２）。このとき、吸収電流のプロファイルの半値幅が所定の目標値になるという条件を満たすように、レンズパワーを調整する。その後、電子ビームのＸＹ偏向を調整して、すべてのビーム穴２４０Ａの偏向量を求める（Ｓ３３）。具体的には、すべてのビーム穴２４０Ａについて、吸収電極３５０の吸収電流が最大値となる偏向量（ビーム穴２４０Ａの位置に対応する）を求める。そして、このようにして求めた電子ビームの偏向量（ＸＹ偏向量）とビーム穴２４０Ａの位置（ＸＹ座標）とに基づいて、偏向値テーブルを作成する（Ｓ３４）。偏向値テーブルでは、電子ビームの偏向量（ＸＹ偏向量）とビーム穴２４０Ａの位置（ＸＹ座標）が対応づけられている。
また、本実施の形態の表面処理装置では、プレート２４０のビーム穴２４０Ｂを用いて、全ビーム量を測定することができる。例えば、プレート２４０のビーム穴２４０Ｂに全ビームを通過させた状態で、電子ビームの吸収電流（吸収電極３５０の吸収電流）を測定することにより、全ビーム量を測定することができる。また、プレート２４０にビーム穴２４０Ｂが設けられていない場合には、プレート２４０に全ビームを照射させた状態で、プレート２４０の吸収電流を測定することにより、全ビーム量を測定することができる。
図１９は、本実施の形態の表面処理装置の変形例の構成を示す図である。図１９に示すように、この変形例では、カバー２３０の内周の縁部がテーパ形状とされている。テーパ形状の角度は、６０度以下が好ましく、図１９の例では、約４５度に設定されている。そして、この変形例では、カバー２３０によって吸収された電子ビーム量（吸収電流）も測定できるように構成されている。
この表面処理装置では、カバー２３０の吸収電流を利用して電子ビームの形状を測定することができる。長時間（例えば１０００時間以上）表面処理装置を連続使用していると、種々の要因によって電子ビームの形状が変化してしまうこともあり得る。この表面処理装置によれば、電子ビームの形状を測定することができるので、電子ビームの形状を定期的に管理することが可能になる。
具体的には、図２０に示すように、電子ビームをＸＹ方向に偏向させて、カバー２３０の内周の縁部における吸収電流量の変化を測定する。そして、例えば、カバー２３０の吸収電流の電流値が半値（最大値の半分）となる偏向量（例えば、図２０のＡまたはＢ）を測定し、その偏向量と基準値（偏向量の基準値）とのずれが所定範囲内（例えば５％以内）におさまっているかを判定する。偏向量と基準値とのずれが所定範囲内におさまっていれば「異常なし」、おさまっていなければ「異常あり」と判定する。
また、例えば、カバー２３０の吸収電流の電流値が最大値から最小値となる偏向量の幅Δ（例えば、図２０のΔＡまたはΔＢ）を測定し、その幅と基準値（偏向量の幅の基準値）とのずれが所定範囲内（例えば±１０％以内）におさまっているかを判定する。偏向量と基準値とのずれが所定範囲内におさまっていれば「異常なし」、おさまっていなければ「異常あり」と判定する。このようにして、電子ビームの形状を測定して、電子ビームの形状を定期的に管理することが可能になる。
また、本実施の形態の表面処理装置では、プレート２４０の２Ｄスキャン像（電子像）を撮影することができる。図２１は、プレート２４０の２Ｄスキャン像（電子像）の一例である。図２１に示すように、プレート２４０の２Ｄスキャン像は、プレート２４０の吸収電流から取得することもでき、また、吸収電極３５０の吸収電流から取得することもできる。このように、プレート２４０の２Ｄスキャン像（電子像）を撮影することにより、例えば、プレート２４０のビーム穴２４０Ａ、Ｂの位置や形状を二次元イメージで把握することができる。
さらに、図２２に示すように、カバー２３０の吸収電流から、カバー２３０の２Ｄスキャン像（電子像）を取得することもできる。この場合、カバー２３０の位置や形状を二次元イメージで把握することができる。さらに、このカバー２３０の２Ｄスキャン像と上記のプレート２４０の２Ｄスキャン像を比較することにより、カバー２３０とプレート２４０のＸＹ方向のずれを把握することもできる。
以上、本発明の実施の形態を例示により説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではなく、請求項に記載された範囲内において目的に応じて変更・変形することが可能である。
以上のように、本発明にかかる表面処理装置は、高速処理が可能であり、スループットを向上することができるという効果を有し、膜や母材等の表面処理に用いられ、有用である。
１０ 電子源
２０ 試料
３０ ステージ
４０ 光源
４１ 光電カソード
４２ 透過窓
４３ 引出し電極
５０ ステージ制御部
７０ 検出器
９０ 画像処理装置
１００ 電子光学系
１１０ 光学顕微鏡
１２０ ＳＥＭ式検査装置
１３０ 電子光学系制御電源
１４０ システムソフト
１５０ 真空制御系
１６０ メインチャンバ
１６１ トランスファーチャンバ
１６２ ロードロック
１７０ 除振台
１８０ ミニエンバイロメント
１９０ ロードポート
２００ 偏向器
２１０ ゲートバルブ
２２０ パーティクルキャッチャー
２２０Ａ ベース部材
２２０Ｂ 吸着材
２３０ カバー
２４０ プレート
２４０Ａ ビーム穴（小ビーム穴）
２４０Ｂ ビーム穴（大ビーム穴）
２５０ リフト機構
２６０ ターボポンプ（コラム用）
２７０ ターボポンプ（メインチャンバ用）
２８０ ドライポンプ
２９０ 搬送用ゲートバルブ
３００ 全体制御部
３１０ ビーム制御部
３２０ 周辺制御部
３３０ ブロックマニホールド
３４０ 印加ピン
３５０ 吸収電極

Claims (6)

  1. 電子ビームを照射して試料の表面処理を行う表面処理装置であって、
    前記電子ビームを発生させる電子源と、
    前記電子ビームのビーム形状を制御するレンズ系と、
    前記電子ビームが照射される前記試料が設置されるステージと、
    前記電子ビームの照射位置を確認する光学顕微鏡と、
    を備え、
    前記試料に照射される前記電子ビームの電流量は、１０ｎＡ〜１００Ａに設定されることを特徴とする表面処理装置。
  2. 電子ビームを照射して試料の表面処理を行う表面処理装置であって、
    前記電子ビームを発生させる複数の電子源と、
    前記複数の電子源からの電子ビームのビーム形状をそれぞれ制御する複数のレンズ系と、
    前記電子ビームが照射される前記試料が設置されるステージと、
    前記電子ビームの照射位置を確認する光学顕微鏡と、
    を備え、
    前記試料に照射される前記電子ビームの電流量は、１０ｎＡ〜１００Ａに設定されることを特徴とする表面処理装置。
  3. 電子ビームを照射して試料の表面処理を行う表面処理装置であって、
    所定の波長の光を発生させる光源と、
    前記光源からの光の照射により電子ビームを発生する光電カソードと、
    前記電子ビームが照射される前記試料が設置されるステージと、
    前記電子ビームの照射位置を確認する光学顕微鏡と、
    を備え、
    前記試料に照射される前記電子ビームの電流量は、１０ｎＡ〜１００Ａに設定されることを特徴とする表面処理装置。
  4. 前記試料の形状は、円形であり、
    前記電子ビームの照射領域の形状は、扇形であり、
    前記表面処理装置は、
    前記試料の全面に前記電子ビームを照射できるように前記ステージを回転移動させるステージ制御部を備える、請求項１〜３のいずれかに記載の表面処理装置。
  5. 前記試料の形状は、矩形であり、
    前記電子ビームの照射領域の形状は、前記試料より小サイズの矩形であり、
    前記表面処理装置は、
    前記試料の全面に前記電子ビームを照射できるように前記ステージを並進移動させるステージ制御部を備える、請求項１〜３のいずれかに記載の表面処理装置。
  6. 前記電子源は、前記ステージより下側に配置され、
    前記試料は、前記表面処理がなされる面を下向きにして前記ステージに設置され、
    前記電子ビームは、前記試料に下側から照射される、請求項１〜５のいずれかに記載の表面処理装置。
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