JP5325803B2 - 予備排気用真空装置及び荷電粒子線装置 - Google Patents

Description

本発明は、予備排気用真空装置及び荷電粒子線装置に係り、特に排気時の気流の巻上がりを抑制し得る予備排気用真空チャンバ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、ロードロック室が接続されたものがある。ロードロック室は、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、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。ロードロック室は、初期に粗引き用ポンプを用いて真空引きを行い、圧力が低下した後にターボ分子ポンプに切り替え本引きを行うという構造が一般的となっている。

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。外部から持ち込まれたパーティクルの中には、ロードロック室内壁等に付着し、ロードロック室の給気、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。このようなパーティクルの付着等を抑制すべく、特許文献１〜３はメインの排気用配管よりも小さな配管を持たせ、粗引き時に排気速度を遅くする（スロー排気）ことによって、気流の発生を抑制している。

特開昭５９−１３３３６５号公報 特開昭６１−２１７５７２号公報 特開昭６３−２３２８３３号公報

ロードロック室は、その用途から試料を搬送できる空間だけを確保し、なるべく内部容積を小さくし、排気速度を上げるのが望ましい。しかし、ロードロック室と試料室を仕切るためのゲートバルブの動作スペース、本引きを行うためのターボ分子ポンプ上方に設けられたバルブまでの空間は試料搬送用の空間とは別に最低限確保しなくてはならない。ロードロック室の粗引きを行った際、これらの取り付け空間内部の気体がロードロック室中に広がり、気流の巻上げを生じさせる。上記特許のようなスロー排気を行ってもこの乱れを完全に抑制できるものではない。

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予備排気用真空装置及び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、以下に真空試料室に導入される試料の試料雰囲気を真空排気するために用いられる排気管と、当該排気管が接続された予備排気室を備えた予備排気用真空装置において、前記予備排気室に設けられると共に、前記排気管に連通する第１の開口、及び第２の開口と、当該２つの開口に通ずる前記排気管のそれぞれに設けられる第１の圧力センサ、及び第２の圧力センサと、当該第１の圧力センサが設けられた排気管、或いは第２の圧力センサが設けられた排気管の少なくとも一方に設けられる調整用バルブとを備えることを特徴とする予備排気用真空装置、及び荷電粒子線装置を提案する。

２つの圧力センサの関係が所定の条件（両者の圧力が同じ、或いはその違いが所定範囲内）となるように、排気を行うことによって、２つの排気管の間の圧力差をなくす、或いは低減することができるため、気流の巻上がりを抑制し、試料へのパーティクルの付着等を抑制することが可能となる。

ロードロック室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。

以下に、ロードロック室（予備排気室）に、枝分かれした粗引き用排気管を持つロードロック室を備えた真空装置であって、当該排気管に流入する気体の圧力を測定する圧力センサを備え、当該排気管に流入する気体の圧力が主排気管に流入する気体の圧力と同等となるように調節してロードロック室の真空排気を行う低汚染ローダ、及び当該低汚染ローダを備えた荷電子粒子線装置を、図面を用いて説明する。

圧力センサの値を常にメインの排気管と同値になるようにしながら粗引きを行うことにより、排気を行った際の各排気管における圧力差を無くすことができ、ロードロック室内部空間からの気流の巻上がりを防ぐことができると考えられる。これにより、試料にパーティクルを付着させることなく排気を行うことができる。

本実施例装置は、枝分かれした粗引き用排気経路に圧力センサと流量調節機構を持つことを特徴とし、圧力センサの値を使用して、流量を調節でき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２に示す。なお、以下の説明では荷電粒子線装置の一種である走査電子顕微鏡を例に採って説明するが、これに限られることはなく、例えば集束イオンビーム装置等の他の荷電粒子線装置への適用も可能である。まず、粗引き用ポンプ１２にてロードロック室３の真空引きを行う。粗引きの排気管は、ゲートバルブ取り付け用空間１７，ターボ分子ポンプ取り付け用空間１８に枝分かれして取り付いている。機構取り付け用空間の中で、最も体積の大きな箇所に主排気管を取り付けるべく、これらの空間の壁面に排気管に繋がる開口を設ける。

本実施例では、ゲートバルブ取り付け用空間１７に取り付く排気管を主排気管，ターボ分子ポンプ取り付け用空間を第２排気管としている。主排気管と第２排気管にはそれぞれ圧力センサ１０，１１を取り付け、主排気管の圧力と第２排気管の圧力が一致するように、或いは両圧力差を抑制するように、第２排気管の流量調節バルブ１５を調節する。排気管の圧力を一定に保ちながら粗引きを行うことで、取り付け用空間１７，１８からの気流の吹き上がりを防止することができる。尚、粗引きの速度向上のため、本実施例では主排気管に流量調節バルブは設けていないが必要に応じて主排気管にも流量調節バルブを設けて流量を調節することも可能である。また、ゲートバルブ取り付け用空間１７は、予備排気室を備えた装置にとっては必要な空間であり、且つターボ分子ポンプ取り付け用空間１８も、ターボ分子ポンプを取り付けるためには必要な空間であるため、排気管の取り付けをこれらの空間を利用して行うことができ、比較的簡単な構造で、巻上げ防止効果を実現することが可能となる。

なお、２つの圧力センサの値を同等とすることが困難であるような場合には、例えば２つの圧力センサの値が所定範囲内に収まるような制御に変えることも可能である。このような制御は図示しない制御装置にて行われる。

粗引き後、粗引き用排気バルブ４を閉じ、高真空用ポンプであるターボ分子ポンプ１４にて真空引きを行う。この時点では取り付け用空間１７，１８及び粗引き用排気管内部の気体は圧力が十分に下がっており、ターボ分子ポンプにより真空引きを行っても気流の吹き上がりを起こすことがない。ターボ分子ポンプにて真空引きを行う際には第２排気管流量調節バルブ１５を全開にすることにより、排気管内の空気は試料搬送空間を通過することなく排気が可能である。

本実施例では粗引きの排気管を２つに分割したが、機構取り付け用空間の数によって分割数を増やすことは可能である。その他の取り付け用空間が必要である機構として真空計，ウェーハ検出用のセンサ，センサやウェーハ搬送機構の電源ケーブルのコネクタ，リーク用排気ラインなどがある。これらの取り付け用空間はロードロック室内部の底面に存在するとは限らず、気流の噴出しが起こると考えられる箇所に対しては、ロードロック室上面、側面からも粗引きの排気管を設置することが考えられる。

１ 試料室
２ 試料室排気バルブ
３ ロードロック室
４ 粗引き用排気バルブ
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 吸気バルブ
１０ 主排気管圧力センサ
１１ 第２排気管圧力センサ
１２ 粗引き用ポンプ
１３ ターボ分子ポンプ用バルブ
１４ ターボ分子ポンプ
１５ 第２排気管流量調節バルブ
１６ 電子光学系
１７ ゲートバルブ取り付け用空間
１８ ターボ分子ポンプ取り付け用空間

Claims (5)

1. 真空試料室に導入される試料の試料雰囲気を真空排気するために用いられる排気管と、当該排気管が接続された予備排気室を備えた予備排気用真空装置において、
   前記予備排気室に設けられると共に、前記排気管に連通する第１の開口、及び第２の開口と、当該２つの開口に通ずる前記排気管のそれぞれに設けられる第１の圧力センサ、及び第２の圧力センサと、当該第１の圧力センサが設けられた排気管、或いは第２の圧力センサが設けられた排気管の少なくとも一方に設けられる調整用バルブとを備えることを特徴とする予備排気用真空装置。
2. 請求項１において、
   前記調整用バルブを制御する制御装置を備え、当該制御装置は、前記２つの圧力差を抑制するように、或いは当該圧力差を所定範囲内とするように、前記調整用バルブを制御することを特徴とする予備排気用真空装置。
3. 請求項１において、
   前記真空試料室と前記予備排気室との間を遮蔽するためのゲートバルブと、当該ゲートバルブを収容する収容空間を備え、当該収容空間の壁面に、前記２つの開口の一方を設けたことを特徴とする予備排気用真空装置。
4. 請求項１において、
   前記予備排気室を粗引きするための第１のポンプと、当該第１のポンプによる粗引き後、当該予備排気室を更に高真空排気する第２のポンプと、当該第２のポンプと前記予備排気室との間に設けられる空間を備え、前記２つの開口の一方を当該空間の壁面に設けたことを特徴とする予備排気用真空装置。
5. 請求項１において、
   前記予備排気用真空装置を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。

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