JP2502095B2

JP2502095B2 - 荷電ビ−ム装置のクリ−ニング方法

Info

Publication number: JP2502095B2
Application number: JP14709287A
Authority: JP
Inventors: 冨士夫小俣; 博文森田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1987-06-15
Filing date: 1987-06-15
Publication date: 1996-05-29
Anticipated expiration: 2011-05-29
Also published as: JPS63313458A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、走査電子顕微鏡、電子ビーム測長機、電子
ビーム露光装置などの荷電ビーム装置において、電子光
学鏡筒あるいはビーム計測用試料などの汚れを除去する
クリーニング方法に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、超LSI技術の発展にともなって、高速かつ高精
度で微細パターンを描画する電子ビーム露光装置や高解
像度かる高精度でLSIパターンの観察や測定を行う走査
電子顕微鏡や電子ビーム測長機の開発が進められてい
る。これらの装置においては、電子ビームの安定性の確
保が不可欠の要素であるが、電子ビームの不安定性は、
主に、電子光学鏡筒、試料台あるいはビーム計測用試料
などに付着した非導電性の汚れに、アパーチャなどから
反射してきた電子が蓄積されることによって生ずる。従
って、安定なビームを得るためには、鏡筒、レンズ、偏
向器、電子銃電極、試料台などの汚れを除去する必要が
ある。

これらの汚れを除去するために、従来は、装置を解体
した後、各部品について表面を研磨材で磨いて汚れを除
き、次いで、有機溶媒中に浸漬して超音波洗浄を行う方
法がとられてきた。また、アパーチャ類やビーム計測用
試料については、新しいものと交換するか、真空中で加
熱して表面の汚れを蒸発させる方法あるいはプラズマア
ッシングにより汚れを除く方法などが行われてきた。

一方、荷電ビーム装置のクリーニングを装置を解体す
ることなしに行う方法として、発明者等は、先に、反応
性ガスを電子光学鏡筒内あるいは試料室に導入し、同時
に、汚れた部品の表面に電子ビームを照射して、反応性
ガスによるエッチング作用を促進させて汚れを除去する
方法を開示した（森田他：荷電ビーム装置のクリーニン
グ方法、特許出願中）。この方法は、装置を解体する必
要がないので、クリーニングに要する労力と時間を大幅
に削減できるという利点を有している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記従来技術においては以下に述べる
ような問題点があった。

すなわち、装置を解体して行うクリーニング方法にお
いては、装置の解体、再組立、真空排気、電子光学鏡筒
の調整などが必要であり、長い時間と多くの労力を要
し、装置稼働率が低下するという問題点があった。

また、反応性ガスを導入し、電子ビームを照射して行
うクリーニング方法においては、装置を解体しないた
め、鏡筒内や試料室内の部品が観察できず、汚れ除去の
完了点が分からないという問題点、換言すれば、クリー
ニングに要する時間、すなわち、反応性ガスを導入し電
子ビームを照射しているべき時間が分からないという欠
点があった。そのため、この方法による場合には、クリ
ーニングの対象となる部品に対して、予め実験によっ
て、導入すべき反応性ガスの種類と導入圧力、照射電子
ビームの加速電圧、ビーム電流および電流密度、クリー
ニング対象部品の使用状態と使用時間などの条件を種々
変えてクリーニングに必要な時間を求め、これにもとづ
いて実際のクリーニングを行う以外に方法がなかった。

本発明の目的は、上記従来技術にみられる問題点を解
決し、反応性ガスを鏡筒や試料室内に導入し、同時にビ
ームを照射してクリーニングを行う方法において、装置
を解体して内部構成部品を直接観察することなしに、汚
れの除去が完了したことを判定することのできる、荷電
ビーム装置のクリーニング方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、反応性ガスを導入し、同時にビームを照
射して行うクリーニングにおいて、ビーム照射時の被ク
リーニング試料による吸収電流または反射電子あるいは
二次電子の量を測定し、その値のビーム照射開始後の変
化を求めることによって達成することができる。

〔作用〕

反応性ガスを導入し、同時にビームを照射した場合
の、試料のビーム吸収電流の測定について以下に説明す
る。

第３図は、ビーム吸収電流測定装置の構成を示す図
で、電子光学鏡筒１、電子銃２、照射レンズ３、対物レ
ンズ４、偏向器５、アライメントコイル６、電子銃アパ
ーチャ７、対物アパーチャ８、電子銃室10、試料台12、
試料室14、真空排気ポンプ15および15′、排気管16およ
び16′、真空ゲージ17、配管18、ガスボンベ19、調整弁
20、ボンベ元栓21、配線23、電流計24および24′および
ファラデーケージ27からなることを示す。この装置にお
いて、被照射試料26を試料台12に固定し、電子光学鏡筒
１内および試料室14内を真空排気ポンプ15および15′に
より真空とした後、反応性ガスをボンベ19から導入しな
がら電子光学鏡筒１で発生させた電子ビーム９を照射、
走査し、この時の試料吸収電流を電流計24により、ま
た、ビーム電流を試料台12上のファラデーケージ27に接
続した電流計24′により測定する。

まず、被照射試料26として、走査電子顕微鏡で長時間
使用して汚れが付着したモリブデン製アパーチャを用
い、反応性ガスを酸素O₂とし、導入圧力2.5×10^-2Paの
雰囲気中で、加速電圧10kV、ビーム電流130nA、ビーム
走査面積１×10^-2mm²の条件で照射を行い、この時の試
料吸収電流の測定を行った。ビーム照射開始後の試料吸
収電流の経時変化を第４図に示す。図にみられるよう
に、試料吸収電流は、ビーム照射開始後ある時間はほぼ
一定の値を示すが、その後減少し、約60分経過時で減少
率の低下を示し、90分後にはほぼ一定の値に収束した。
この後、酸素の導入を停止し、ビームをやや広い領域で
走査して走査電子鏡像を観察した結果、酸素を導入しな
がらビームを照射した領域のコントラストが、その周囲
よりも明確に明るくなっていることが観察された。ま
た、試料を装置から取出して目視で観察した結果、酸素
を導入しながらビームを照射した部分は汚れが除去され
ていることが明瞭に認められた。

次に、酸素の導入圧力を10^-4Paから10^-1Paの範囲で設
定した場合について同様の測定を行ったところ、試料吸
収電流は、減少を始めるまでの時間、減少する速さ、一
定値に終息するまでの時間はそれぞれ異なるが、すべて
の場合について、第４図に示したと同様の経過曲線を示
すことが知られた。また、汚れは、目視観察により、い
ずれの導入圧力の場合についても除去されていることが
認められた。なお、反応性ガスとして六フッ化硫黄S
F₆、二酸化窒素NO₂を導入した場合についても汚れを除
去することができ、また、試料吸収電流も酸素導入の場
合と同様の経過曲線を示す結果が得られた。一方、反応
性ガスを導入しない場合には、試料吸収電流は第４図の
ような変化を示すことなく、ほぼ一定値のままであっ
た。また、ビームを照射した領域は、照射前に比べ汚れ
が増加していた。

ここで、第４図に示した試料吸収電流の変化の内容に
ついて以下に述べる。

まず、第４図に示した試料吸収電流の経時変化曲線は
三つの区間に分けることができる。すなわち、第１の区
間は、電子ビーム照射の開始点から試料吸収電流が低下
し始めるまでのほぼ安定な区間で、これを第Ｉ期と呼ぶ
ことにする。第２の区間は、試料吸収電流が低下し始め
てから飽和に達するまでの減少区間で、これを第II期と
呼ぶことにする。第３の区間は試料吸収電流が飽和し始
めてから以降の飽和区間で、これを第III期と呼ぶこと
にする。

試料吸収電流の経時変化は、被照射試料表面の汚れが
除去されることにより、該表面の電子反射率および二次
電子放出率が変ることによって生ずる。電子反射率およ
び二次電子放出率は試料の材質やその表面状態によって
異なり、金属の表面に炭素を多く含んだ汚れが付着して
いる場合には、電子反射率と二次電子放出率が小さいた
め試料吸収電流は大きくなり、反対に、表面の汚れが除
去されると、電子反射率と二次電子放出率が大きくなる
ため試料吸収電流は小さくなる。

第４図に示した試料吸収電流の経時変化曲線におい
て、第Ｉ期の試料吸収電流の安定区間では、汚れの除去
がまだ下地のモリブデン表面までは進行していないた
め、電子反射率と二次電子放出率は汚れの値のままであ
り、試料吸収電流はほとんど変化しない。第II期は、汚
れの除去が進展して下地モリブデンの一部が露出し、下
地露出面積が徐々に広くなって行く区間であり、従っ
て、反射電子および二次電子放出が時間経過とともに増
大し、試料吸収電流は減少する。第III期は、下地モリ
ブデン表面がすべて露出し、電子反射率と二次電子放出
率が飽和し、試料吸収電流が最低となった状態で、ビー
ム照射領域の汚れがすでに除去されていることを示して
いる。

以上述べたように、表面の汚れの状態の変化が、試料
吸収電流の変化と対応しているので、汚れの付着した試
料の試料吸収電流がほぼ収束したことをもって、クリー
ニングが終了したと判定することができることになる。

〔実施例〕

本発明の一実施例として、走査電子顕微鏡について、
その対物アパーチャをクリーニングした場合について説
明する。

第１図は、走査電子顕微鏡の概略構成、反応性ガス供
給装置および試料吸収電流測定装置を示す図で、電子光
学鏡筒１、電子銃２、照射レンズ３、対物レンズ４、偏
向器５、アライメントコイル６、電子銃７、対物アパー
チャ８、電子銃室10、電子光学鏡筒内部11、試料台12、
試料室14、真空排気ポンプ15,15′,15″、排気管16,1
6′,16″、真空ゲージ17、配管18、ガスボンベ19、調整
弁20、ボンベ元栓21、対物アパーチャホルダ22、配線2
3、電流計24、絶縁体25からなることを示す。ここで、
電子銃２から放出された電子ビーム９は、通常の観察の
場合、照射レンズ３、対物レンズ４、偏向器５によっ
て、試料室14の中に設けた水平方向に移動の可能な試料
台12に保持された観察試料13の表面の所望の位置に集
束、位置決めされる。また、電子銃室10、電子光学鏡筒
内部11および試料室14は、真空を保つために、真空排気
ポンプ15,15′,15″によって排気されており、電子光学
鏡筒はさらに、配管18を通して、反応性ガスを充填した
ボンベ19に接続されている。配管18には、反応性ガスの
導入流量を調整するための調整弁20が設けられている。
なお、本実施例におけるクリーニングの対象とした対物
アパーチャ８は、対物アパーチャホルダー22とともに絶
縁体25によって他の鏡筒構成部品とは電気的に絶縁して
あり、配線23によって鏡筒外部の電流計24に接続され、
この電流計を通して一定電位（通常はアース電位）に接
続されている。

以上の装置構成において、対物アパーチャ８の汚れ除
去の操作を行った。すなわち、まず、照射レンズ３を適
切に励磁することにより、電子銃２から放出された電子
ビーム９を偏向し、対物アパーチャ８の表面に照射し
た。次いで、アライメントコイル６により電子ビーム９
を偏向し、対物アパーチャ８の表面上を走査した。次
に、ボンベ19の元栓21を開き、調整弁20で導入圧力を調
整しつつ、電子光学鏡筒内部11に反応性ガス（本実施例
の場合は酸素）を導入し、対物アパーチャ８の周囲を反
応性ガスの雰囲気とした。導入ガスの圧力は、電子光学
鏡筒11内を排気する排気管16に設けた真空ゲージ17によ
って測定を行った。

以上のような状況の下で、対物アパーチャ８による吸
収電流を対物アパーチャ８に接続した電流計24によって
測定した。この吸収電流の経時変化は第２図に示す通り
で、反応性ガスを導入してからある時間の間はほぼ一定
値を保ち、その後低下し、最終的にはほぼ一定の値に収
束するという結果が得られた。

吸収電流がほぼ一定値に収束した後、反応性ガスの導
入と電子ビームの照射を停止し、クリーニング終了とし
た。

本実施例においては走査電子顕微鏡の対物アパーチャ
のクリーニングについて説明したが、本発明の対象は、
対物アパーチャに止らず、電子光学鏡筒内や試料室内
の、反応性ガス導入とビーム照射によるクリーニングが
可能な構成部品すべてに適用することができる。

なお、クリーニング対象物の下地材質、汚れの組成、
ビーム加速電圧などの組合わせによっては、下地と汚れ
との電子反射率および二次電子放出率の大小関係が逆転
し、試料吸収電流が汚れ除去の進展にともなって増加す
る場合も考えられるが、この場合も、試料吸収電流が最
終的にほぼ一定の値に収束したところを以て汚れ除去の
終了点とすることができる。

また、以上の説明においては、汚れ除去の経過を試料
吸収電流の測定によって検出することについて述べた
が、対象物による反射電子や二次電子を電子検出器（た
とえば、シンチレータと光電子増倍管の組合わせなど）
によって直接測定し、変化を検出することができる。こ
の場合には、反射電子量または二次電子量の変化は試料
吸収電流の変化とは逆になるが、この場合も、変化の収
束点をもって汚れ除去の終了点とすることができる。

さらに、上記説明においては、電子ビームを用いた荷
電ビーム装置のクリーニングについて述べたが、イオン
ビームを用いた装置においても、同様に、反応性ガスを
導入し、装置構成部品にビームを照射することによって
該構成部品をクリーニングすることができ、該構成部品
の吸収電流あるいは二次電子などを測定することによっ
て、その経過を検出することができる。

〔発明の効果〕

以上述べてきたように、荷電ビーム装置構成部品のク
リーニングにおいて、本発明によるクリーニングの方
法、すなわち、反応性ガスを導入した雰囲気中で対象物
にビームを照射し、その時の試料吸収電流または反射電
子あるいは二次電子の量を測定しつつ行うクリーニング
方法、を採ることによって、従来技術のクリーニング方
法による場合の問題点、すなわち、長時間と多くの労力
を要すること、あるいは、クリーニング終了点が判別で
きないことなどの欠点、を解決し、より少い労力と時間
とで、確実なクリーニングを達成することができるとい
う効果が得られる。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明の実施例を説明するための走査電子顕微
鏡の概略構成、反応性ガス供給装置および試料吸収電流
測定装置を示す図、第２図は本発明の実施例におけるビ
ーム照射時間に対する汚れ除去対象部品の吸収電流の経
時変化を示す曲線、第３図は実験測定装置の構成図、第
４図は実験で得たビーム照射時間に対する試料吸収電流
の経時変化を示す曲線である。１……電子光学鏡筒、２……電子銃３……照射レンズ、４……対物レンズ５……偏向器６……アライメントコイル７……電子銃アパーチャ、８……対物アパーチャ９……電子ビーム、10……電子銃室 11……電子光学鏡筒内部、12……試料台 13……観察試料、14……試料室 15,15′,15″……真空排気ポンプ 16,16′,16″……排気管 17……真空ゲージ、18……配管 19……ガスボンベ、20……調整弁 21……ボンベ元栓 22……対物アパーチャホルダ 23……配線、24,24′……電流計 25……絶縁体、26……実験用試料 27……ファラデーケージ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】荷電ビーム装置内部を反応性ガス雰囲気と
した状態で、汚れの付着した装置構成部品に荷電ビーム
を照射することにより行うクリーニング方法において、
荷電ビーム照射時に、該構成部品におけるビームの反射
または吸収により流れる電流を測定し、その値のビーム
照射開始後の変化から、クリーニング終了点の検出を行
うことを特徴とする荷電ビーム装置のクリーニング方
法。