JP5918823B2

JP5918823B2 - 電子顕微鏡プラズマクリーナ及び電子顕微鏡洗浄方法

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Inventors: ヒョンチョルヒョン
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Description

本発明は、電子顕微鏡プラズマクリーナ及び電子顕微鏡洗浄方法に関し、より詳しくは、効果的なプラズマの発生のために、３重構造のプラズマ生成電極と、マルチガス噴射ノズルとを備えた有機物クリーナに関する。

具体的に、本発明は、電子顕微鏡のチャンバ内部及び試料表面を、プラズマによって生成されたラジカルとイオンで洗浄することにより、電子顕微鏡の高分解能映像の観察、及び精密長さ測定、パターン変形及びダメージなどを大幅改善する装置に関する。

電子ビームを集束し、焦点を生成して、各種の試料の表面及び内部を観察し、分析する電子顕微鏡類は、ＳＥＭ、ＣＤ-ＳＥＭ、ＴＥＭ、デュアルビーム（ＳＥＭ＋ＦＩＢ）、ナノプローブなどが広く用いられている。

電子顕微鏡は、電子銃から高密度の電子流を放出させて、電子光学系（ＥｌｅｃｔｒｏｎＣｏｌｕｍｎ）内で電子ビームを集束し、焦点を形成させた後、分析しようとする試料の局所的な観察点に照射して信号を生成させ、検出して、表面及び内部の情報を拡大（数十〜数百万倍）映像化する装置である。

超微細ナノ産業が発展するにつれ、電子顕微鏡は、半導体、先端材料、ディスプレイなど、各種の産業分野の研究開発、製造工程、及び品質管理などに必須の装備として運用されている。

一方、電子顕微鏡の真空チャンバ内部及び試料表面に汚染した有機物と、自然酸化膜（ＮａｔｉｖｅＯｘｉｄｅ）などの汚染を洗浄する問題が生じている。

具体的に、電子顕微鏡の真空チャンバと試料表面の有機物汚染は、電子顕微鏡における映像の観察像に深刻な障害要因を引起こし、観察領域の汚染及び変形や、映像のノイズの上昇等、空間分解能（ＳｐａｔｉａｌＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）の核心的な障害要素となる。

有機物の真空チャンバの汚染要因は、第１に、導体工程上の主材料であるフォトレジスト、及び誘電率が非常に高く、結合力の弱い物性を有する有機材料のアウトガスに起因して発生される。

第２に、真空チャンバの各種の構造物（試料ステージ、試料ホルダを含む。）の汚染要素、及び潤滑剤（グリス）などのアウトガスである。

これらの有機物は、質量が非常に重く、運動エネルギーが低い関係で、大部分が真空ポンプでポンピングされず、真空チャンバ内で吸着、脱着し、ランダムに浮遊してから、入射ビームと衝突して陽イオン化し、その周辺の負電荷が最も高い試料の電子ビーム照射領域に蒸着して、黒い有機物イオン蒸着膜を形成するため、映像の分解能が減少するか、観察パターンを変形して、正しい観察や微細計測などを困難にさせる。

また、試料表面の有機物汚染の要因は、試料製作において用いられる複数種類の化学薬品、化学薬品と反応した残留物、水で洗浄したときに残っている水気、取扱者の人体による人体の油分、水分などによって生じる。

そして、試料が大気中で保管された場合、自然な酸化膜が生成されて、表面が汚染することになる。

このような試料を試料チャンバに導入して、電子顕微鏡の映像を観察することになると、その観察像のパターン変形、及び分解能が深刻に低下するという現象が発生する。

そこで、このような問題点を解決するための方法が要求されている実情がある。

大韓民国特許第１０-１００７２８９号

本発明は、前記のような問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、効果的なプラズマ発生のために、３重構造のプラズマ生成電極と、マルチガス噴射ノズルとを備えた有機物クリーナを提供することにある。

具体的に、本発明は、電子顕微鏡のチャンバ内部と、試料の表面とを、プラズマによって生成されたラジカルとイオンで洗浄することで、電子顕微鏡の高分解能映像の観察、及び精密長さ測定、パターン変形及びダメージなどを大幅改善するための装置を提供する。

本発明で解決しようとする技術的課題は、以上で言及した技術的課題に限られず、言及していない他の技術的課題は、下記の記載から本発明が属する技術の分野における通常の知識を有する者にとって、明確に理解されるだろう。

上述した課題を実現するための本発明の１様態による電子顕微鏡プラズマクリーナは、電子ビームを介して、試料の像を拡大する電子顕微鏡を、プラズマを用いて洗浄する電子顕微鏡プラズマクリーナであって、前記試料が配置され、電子の流れを用いるため、その内部が真空状態である真空チャンバと、前記電子ビームを生成し、前記生成された電子ビームを、前記試料に出力する電子銃と、前記試料を透過した電子ビームを拡大し、蛍光板上に投映する電子レンズと、既設定された範囲の無線周波数を有する第１の信号を生成するＲＦコントローラと、プラズマを生成し、前記ＲＦコントローラから前記第１の信号を受信し、前記プラズマ及び第１の信号を用いて、活性化された酸素ラジカル及びイオンを生成し、前記活性化された酸素ラジカル及びイオンを、前記真空チャンバの内部に供給するプラズマヘッドと、を含み、前記真空チャンバの内部に供給された活性化された酸素ラジカル及びイオンを用いて、前記真空チャンバの内部に存在する汚染を除去することを特徴とする。

前記汚染は、炭化水素と、前記試料が大気中に保管された場合に形成された自然酸化膜と、オイルと、試料アウトガスと、を含む。

前記活性化された酸素ラジカル及びイオンの少なくとも１つは、前記汚染と反応して、水（Ｈ_２Ｏ）又は二酸化炭素（ＣＯ_２）を生成する。

前記水（Ｈ_２Ｏ）又は二酸化炭素（ＣＯ_２）の生成によって、前記汚染の運動エネルギーが高くなることで、真空ポンプのポンピング動作によって、前記真空チャンバの外部に排出される。

前記真空チャンバの内部に供給されたイオンは、前記真空チャンバ及び試料に形成された静電気と結合されて、前記静電気を除去する。

前記電子顕微鏡は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）又は走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）である。

前記真空チャンバは、試料チャンバ（ＳＣ）、及び試料交換チャンバ（ＳＥＣ）を含む。

前記プラズマヘッドは、互いに重なる複数のコップを有するプラズマ電極を含み、前記複数のコップのそれぞれの面には、複数のホールが形成され、前記複数のコップ及び複数のホールを介して、前記プラズマを生成する第１のガスとの反応面積を最大化する。

前記プラズマヘッドは、その前面に、前記第１のガスを噴射するマルチガス噴射ノズルを有することにより、前記プラズマの生成をサポートする。

また、本発明の他の様態による電子顕微鏡洗浄方法は、電子ビームを介して、試料の像を拡大する電子顕微鏡を、プラズマを用いて洗浄する電子顕微鏡洗浄方法であって、電子の流れを用いるため、真空状態の真空チャンバの内部に、前記試料を配置する工程と、電子銃により、前記電子ビームを生成する工程と、前記生成された電子ビームを、前記試料に出力する工程と、電子レンズにより、前記試料を透過した電子ビームを拡大し、蛍光板上に投映する工程と、ＲＦコントローラから既設定された範囲の無線周波数を有する第１の信号を生成する工程と、プラズマヘッドにより、プラズマを生成する工程と、前記プラズマヘッドにより、前記ＲＦコントローラから前記第１の信号を受信する工程と、前記プラズマ及び第１の信号を用いて、前記プラズマヘッドから活性化された酸素ラジカル及びイオンを生成する工程と、前記活性化された酸素ラジカル及びイオンを、前記プラズマヘッドから、前記真空チャンバの内部に供給する工程と、前記真空チャンバの内部に供給された前記活性化された酸素ラジカル及びイオンを用いて、前記真空チャンバの内部に存在する汚染を除去する工程と、を含むことを特徴とする。

前記真空チャンバの内部に供給されたイオンは、前記真空チャンバ及び試料に形成された静電気と結合されて、前記静電気を除去する工程を、更に含む。

本発明によると、プラズマの洗浄時間を短縮することができる。即ち、プラズマソースのプラズマ発生密度を、従来の製品と比較して、格段に高くして、洗浄時間を大幅短縮することができる。

また、本発明によると、プラズマヘッドを小型化することができる。従来製品の場合、プラズマヘッドの制御部品が側面に位置しているため、対象装置の構造物により、装着の制約の発生することがあり、試料チャンバにのみ、装着することができるため、ＳＥＣ（試料交換チャンバ）に装着して、試料表面を洗浄することができなかった。これに対して、本発明は、全ての制御部品を、プラズマヘッドの後段に位置するようにしたので、試料チャンバ及び試料交換チャンバのいずれも、制約を受けることなく、装着することができる。

更に、本発明によると、対象機器試料表面の洗浄が可能である。従来製品は、ＳＣにのみ装着可能であるため、試料表面を洗浄するためには、高真空ポンプを停止又は遮断させてから洗浄しなければならないので、最短３時間以上かかった。そのため、試料表面の洗浄時間が長期間かかり、使用者が試料表面の洗浄用として使用することはできなかった。これに対して、本発明は、ＳＥＣに装着可能であるため、高真空ポンプを停止、又は別に遮断することなく、試料交換室の内部で洗浄した後、すぐＳＣで載置して、観察・分析することができるという効果を奏する。

なお、本発明によると、ウエハ、ＬＣＤ、チャンバ構造物の帯電除去効果を提供することができる。即ち、半導体、ＬＣＤＩｎ−ｌｉｎｅ装備に使用の際、プラズマソースで大量のラジカルと陽イオンを生成して、チャンバに注入することで、不良を誘発する帯電を除去する効果も卓越である。

一方、本発明より得られる効果は、以上で言及した効果に制限されず、言及していない他の効果は、下記の記載から、本発明が属する技術の分野における通常の知識を有する者にとって、明確に理解されるだろう。

本明細書に添付する下記の図面は、本発明の望ましい１実施例を例示することであり、発明の詳細な説明と共に、本発明の技術的思想を更に理解させるものであるので、本発明は、そのような図面に示された事項に限って解釈してはいけない。
図１は、本発明による電子顕微鏡プラズマクリーナシステムの一例を示す図である。図２は、本発明による電子顕微鏡の試料チャンバの汚染を説明するための図である。図３は、本発明による電子顕微鏡の試料チャンバ表面の汚染による映像障害に関連する原理を説明するための図である。図４は、本発明による電子顕微鏡プラズマクリーナシステムの他の一例を示す図である。図５は、本発明に関する電子顕微鏡プラズマクリーナシステムの他の一例を示す図である。図６は、本発明によるプラズマクリーニングの性能を説明するための図である。図７は、本発明のプラズマクリーナの装着形態による洗浄効果を説明するための図である。図８は、本発明による試料交換室（ＳＥＣ）装着型の試料表面洗浄の原理を説明するための図である。図９は、図８で説明した装置を適用する前と適用した後における、試料表面上の結果データを比較した図である。図１０は、本発明によるＳＣ（試料室）装着型の試料表面洗浄の原理を説明するための図である。図１１は、図１０における試料チャンバ内の汚染を説明するための図である。図１２は、本発明によるＳＣ（試料室）装着型の試料表面洗浄の原理を更に説明するための図である。図１３は、図１０乃至図１２で説明した装置を適用する前と適用した後における、試料表面上の結果データを比較した図である。図１４аは、本発明に適用されるプラズマヘッドを説明するための図である。図１４ｂは、本発明に適用されるプラズマヘッドを説明するための図である。図１５は、本発明に適用されるＲＦパワーコントローラの具体的な一例を説明するための図である。図１６は、本発明に関するケーブルセットを説明するための図である。図１７は、本発明によるプラズマヘッドの内部構成図の一例を示す図である。図１８аは、本発明によるプラズマヘッドの作動法を具体的に説明するための図である。図１８ｂは、本発明によるプラズマヘッドの作動法を具体的に説明するための図である。図１９は、本発明が提案するトリプルコッププラズマソースを説明するための図である。図２０は、本発明によるマルチガスノズルの一例を説明するための図である。図２１は、本発明による小型化、及びフルオート制御を説明するための図である。

本明細書に添付する下記の図面は、本発明の望ましい１実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明と共に、本発明の技術的思想を更に理解させる役目をするものであるので、本発明は、該当図面に記載された事項に限って、解釈されてはいけない。

図１は、本発明による電子顕微鏡プラズマクリーナシステムの一例を示すものである。

図１を参照すると、本発明による電子顕微鏡プラズマクリーナシステム１０は、プラズマヘッド１００と、プラズマコントローラ２００とを含む。

図１におけるプラズマヘッド１００は、ＳＥＣ装着型プラズマヘッドと、ＳＣ装着型プラズマヘッドと、ＳＥＣ及びＳＣのいずれにも装着されるプラズマヘッドと、を含む。

前述したように、電子顕微鏡の真空チャンバ内部と試料表面に汚染した有機物と、自然酸化膜などの汚染を洗浄する問題が発生しつつある。

即ち、電子顕微鏡の真空チャンバと試料表面の有機物汚染は、電子顕微鏡の映像の観察像に深刻な障害要因を誘発させ、観察領域の汚染及び変形、映像のノイズ上昇等、空間分解能の核心障害要素となっている。

図２は、本発明による電子顕微鏡の試料チャンバの汚染を説明するための図である。

図２には、試料チャンバの汚染に対する内容が示されており、ＳＥＭ試料チャンバの炭化水素など、有機物分子と電子ビームとの間の衝突により陽イオンが生成されて、試料の走査領域に蒸着される現象が発生され、これにより、分解能が低下し、パターンのダメージ及びの映像障害が生じるということが分かる。

また、図３は、本発明による電子顕微鏡の試料チャンバ表面の汚染による映像障害に関連する原理を説明する図である。

図３を参照すると、自然酸化膜、各種の有機性汚染膜質がウエハの表面上に形成されることで、装置の誤動作及び性能を低下させている。

具体的に、自然酸化膜、各種の有機物汚染源、試料材料アウトガス、走査領域に吸着された炭化水素（死角の汚染領域除去）、前処理後、試料表面の残留化学物質などが問題となる。

そこで、本発明は、前記のような問題点を解決するためになされたものであり、効果的なプラズマ発生のために、３重構造のプラズマ生成電極と、マルチガス噴射ノズルとを備えた有機物クリーナを提案している。具体的に、本発明は、電子顕微鏡のチャンバ内部と試料表面を、プラズマによって生成されたラジカルとイオンで洗浄することで、電子顕微鏡の高分解能映像の観察、及び精密長さ測定、パターン変形及びダメージなどを大幅改善するための装置を提案する。

本発明による電子顕微鏡プラズマクリーナシステムにおいては、低電力プラズマ（＜３０Ｗ）を用いて、酸素ラジカルを生成後、チャンバ内にフローすると、試料表面の酸化膜、有機物汚染の除去、及びポンピングされず、チャンバ内に留まった炭化水素が、酸素ラジカルと結合し、ＣＯ_２及びＨ_２Ｏのガスに活性化した後、真空ポンプで除去される。

本発明による装置は、プラズマを用いて、ＳＥＭ、ＴＥＭ、ＦＩＢ、デュアルビームなど、分析装置の真空チャンバ内部のコンタミネーションを誘発する炭化水素、自然酸化膜、オイル、試料アウトガス、各種の有機物によるＳＥＭ観察領域の汚染源を除去する。

まず、低電力ＲＦ（１３．５６ＭＨｚ／１０〜３０Ｗ）を、分析装置の真空チャンバに装着した高効率のプラズマソース（トリプルプラズマソース）に印加して、プラズマによる活性化した酸素ラジカル、及びイオンを生成する。

これらの酸素ラジカル及びイオンは、ＳＥＭ真空チャンバ内部のポンピングフロー方向に移動することになる。この際、運動エネルギーが非常に低く、重い有機物分子（炭化水素類：ＨｎＣｎ）と反応して、Ｈ_２ＯやＣＯ_２で化学結合して活性化され、これにより、運動エネルギーが非常に高くなった有機物分子は、真空ポンプでポンピング除去される。

また、複数形態の不良を誘発する半導体ウエハやＬＣＤ液晶などの試料、及びチャンバ構造物に存在する静電気(帯電)も、多くの陽イオンを生成して注入されることで、帯電した電子と結合して除去されるため、静電気除去の効果も優れている。ＥＭプラズマクリーナ装置の構成は、低電力ＲＦジェネレータ、整合器（自動及び手動）、対象装置の真空チャンバに装着されたプラズマソース（トリプルコッププラズマソース）と、真空ゲージなどの付加制御装置から構成されている。操作は、ワンタッチ方式で非常に便利に構成されており、通常の操作者が行えるように構成されている。

また、図４及び図５は、本発明による電子顕微鏡プラズマクリーナシステムの他の一例を示している。

図４を参照すると、低電力プラズマ（＜３０Ｗ）を用いて、酸素ラジカル及びイオンを生成後、チャンバ内にフローすると、ポンピングされず、チャンバに留まった炭化水素が、酸素ラジカルやイオンと結合し、ＣＯ_２及びＨ_２Ｏなどのガスで活性化した後、真空ポンプで除去される。ＳＣ（試料チャンバ）装着、及びＳＥＣ（試料交換チャンバ）に装着することができる。

図５において、Ｉｎ−ＬｅｎｓＴｙｐｅＳＥＭは、サイドエントリホルダ導入方式であるため、ＳＣ（試料チャンバ）にのみ装着可能な構造を示している。

一方、図６は、本発明によるプラズマクリーニングの性能を説明するための図である。

図６を参照すると、電子ビーム、及びイオンビームの使用装備のビームコンタミネーションを除去する工程を示している。

また、試料表面の自然酸化膜、炭化水素、有機汚染などが除去される具体的な工程も示している。

また、コンタミネーションによるパターン歪みの改善内容も示されている。

更に、ＳＥＭ／ＦＩＢなどの解像度の改善（超高解像度の実現）も、具体的に示している。

また、半導体、ＬＣＤなど、Ｉｎ−ｌｉｎｅ装備のウエハや液晶、チャンバ構造物に存在する帯電(静電気)の除去で、不良率を改善するそれぞれの工程を示している。

なお、ＥＤＸＳ分析の際、真空チャンバ内のカーボン及び酸素検出量が改善され、半導体試料のパタンシュリンクが改善される具体的な工程を示している。

また、図７は、本発明のプラズマクリーナの装着形態による洗浄効果を説明するための図である。

図７を参照すると、図６による構成により、洗浄システムの真空チャンバに装着されたトリプルプラズマソースに、半導体装置規格である１３．５６ＭＨＺＲＦ（〜４０Ｗ）を印加して、酸素ラジカルを生成することができる。

また、チャンバにフローさせると、映像障害を誘発する試料表面の各種の汚染膜が、酸素ラジカルと結合し、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏ、Ｏ_２のガスで活性化された後、真空ポンプに流入されて、除去することができる。

ここで、各種の有機物、酸化膜、アウトガス化試料膜質、薬液残渣などが除去される。

結果として、ＦＥ−ＳＥＭのウエハ（その他の試料）表面の汚染物質を、プラズマを用いた洗浄で、高分解能映像の観察、電子ビームのダメージによるポイント歪み、パタンシュリンクＥＤＸＳの組成分析の正確度を改善する効果を導出することができる。

これをまとめてみると、１）超高分解能の実現、２）電圧コントラスト効果の改善、３）試料ダメージの最小化、４）パタンシュリンクの改善、５）ＥＤＸＳ分析正確度の改善の効果がある。

以下では、図８乃至図１３を用いて、本発明による洗浄工程及び構成を説明し、これによる効果を記載する。

図８は、本発明による試料交換室（ＳＥＣ）装着型の試料表面洗浄の原理を説明するための図であり、図９は、図８で説明した装置を適用する前と適用した後における試料表面上の結果データを比較したものである。

図８を参照すると、試料チャンバに試料を導入する前に、ＳＥＣでＴＭＰ（ターボ分子ポンプ）を停止することなく、試料表面の汚染物質を洗浄（約５分以内）する具体的な工程が示されている。

図８を参照すると、プラズマヘッドをＳＥＣに装着した後、ゲートバルブが閉状態の場合は、試料表面の汚染した有機物が洗浄される。

ＳＥＣは、低真空ポンプだけが連結されているため、ＴＭＰを停止することなく、早い時間内に試料表面を洗浄することができる。

一般の半導体試料は、５分以内に、試料表面の汚染物質を洗浄することができる。

また、ＴＭＰを停止した後、ゲートバルブを開弁して、プラズマクリーニングを行う場合、酸素ラジカル及びイオンがＳＣに移動して、ＳＣ内の汚染物質を洗浄することができるが、ガスの流れがチャンバの内部深く侵透しにくいため、プラズマヘッドをＳＣに装着するときよりも、洗浄時間が多少かかり、効率が減少することになる。

このようなことを改善するためには、ＳＣ洗浄用プラズマヘッドを、別に取り付けることが望ましい。

また、図９を参照すると、有機物の吸収層に対する映像データにおいて、洗浄以後のデータである右側データが、より鮮明に現れることが分かる。

一方、図１０は、本発明によるＳＣ（試料室）装着型の試料表面洗浄の原理を説明する図である。

また、図１１は、図１０における試料チャンバ内の汚染を説明する図である。

また、図１２は、本発明によるＳＣ（試料室）装着型の試料表面洗浄の原理を更に説明する図である。

また、図１３は、図１０〜図１２で説明した装置を適用する前と適用した後における、試料表面上の結果データを比較したものである。

まず、図１０を参照すると、ＦＥ−ＳＥＭなどの分析装置の試料室の内部は、炭化水素などの有機物分子により、様々なイメージ障害要素が存在する。

すなわち、図１１に示しているように、試料チャンバ内のコンタミネーション現象が発生する。

ここで、図１２に示しているような試料室（ＳＣ）装着型の真空チャンバ洗浄の原理が適用されることができる。具体的に、ＴＭＰ（ターボ分子ポンプ）の停止後、ドライポンプだけを稼動した状態で、試料チャンバ内に存在する有機物を、ラジカル及びイオンを用いて、洗浄する（１時間〜２時間）方法が用いられる。

図１２を参照すると、プラズマヘッドで生成させた酸素ラジカル／イオンなどは、試料チャンバ内でポンピングされず、吸着、脱着するか、浮遊する有機分子と結合して、ＣＯ_２やＨ_２Ｏの形態で活性化され、ポンプ方向にポンピングされる。

また、ＳＣ装着の場合、プラズマクリーニングの圧力が、ほぼ６×１０^-１Ｔｏｒｒであるため、ＴＭＰ（ターボ分子ポンプ）を停止した後、ＤＰ（ドライポンプ）、あるいはロータリーポンプなどの低真空ポンプだけを動作させて、洗浄を行うべきである。

一般に、洗浄時間は、１時間〜２時間程度かかる。

また、図１３を参照すると、有機物の吸収層に対する映像データにおいて、洗浄以後のデータである右側データが、より鮮やかに現れることが分かる。

一方、図１４а及び図１４ｂは、本発明に適用されるプラズマヘッドを説明するための図である。

図１４а及び図１４ｂを参照すると、プラズマヘッドの前面として、高効率トリプルコッププラズマソースが示されており、プラズマクリーナヘッドの外部構成として、ＤＣ２４Ｖバルブコントロール、ＲＦパワー（ＢＮＣポート）、ピラニゲージ（ＬＡＮポート）、ＧａｓＩｎ（空気又はＯ_２）、ニードル弁（手動）が示されている。

図１５は、本発明に適用されるＲＦパワーコントローラの具体的な一例を説明するための図である。

図１５（а）は、本発明に適用されるＲＦパワーコントローラの全体形態を示しており、（ｂ）は、前面を示しており、（ｃ）は、後面を示している。

ＲＦパワーコントローラは、１３．５６ＭＨＺ１０〜３０Ｗ（最大４０Ｗ）の高周波を供給する装置であって、洗浄プロセスがプログラミングされて、全過程が自動化されている。

一方、図１６は、本発明によるケーブルセットを説明するための図である。

図１６（а）には、ケーブルセット全体が示されており、（ｂ）は、ヘッドアセンブル部を示しており、（ｃ）は、コントローラ部を示している。

また、本発明の更なる効果のためには、下記のような環境であることがより望ましい。

即ち、本発明による高周波発電機は、室内と高度２０００ｍ未満で使われるように設計されているので、交流電圧の変動幅は、Ｓｐｅｃの１０％であり、設置場所の気温は、５℃から３５℃の間、設置場所の相手湿度は、８０％以下、設置場所は、埃又は溶液と酸性蒸気のないところか望ましく、設置場所は、振動のないところが望ましい。

一方、図１７は、本発明によるプラズマヘッドの内部構成図の一例を示している。

図１７を参照すると、トリプルコッププラズマ電極、マルチノズル、ソレノイドバルブ、ＲＦ加用フィードスル、マイクロニードル弁、ピラニゲージの具体的な構成が示されている。

また、図１８а及び図１８ｂは、本発明によるプラズマヘッドの作動法を具体的に説明するための図である。

図１８аを参照すると、プラズマチャンバ、プラズマ電極（３重構造）、マルチガスノズル、ガス微調節バルブ、ガスオン／オフバルブ、真空ケージ、プラズマコントローラ、ＧａｓＩｎ（空気又はＯ_２）、プラズマアウト、ＳＥＭチャンバなどの具体的な様態が示されている。

図１８ｂを参照すると、マルチガスノズルに関する１２−オリフィスについての具体的な情報が示されている。

具体的に、プラズマクリーニングを行う前に、まず、ＳＥＭ及びその他の分析に関する真空装置を、低真空ポンプ（ドライポンプ、オイルロータリーポンプなど）だけが、チャンバをポンピングするように動作させる。

ＴＭＰや拡散ポンプなどの高振空ポンプは、バルブを遮断させる。遮断バルブがない場合は、動作を停止する。

また、プラズマクリーニング対象の分析機器の真空チャンバが、低真空（＜１Ｐａポンプ）だけをポンピングする状態で、プラズマコントローラのメイン電源をオンにし、対象チャンバの圧力が、８×１０^-１Ｔｏｒｒ以下の圧力状態となると、自動で、ガスオン／オフバルブに電源が印加されて、オープンされる。

もし、８×１０^-１Ｔｏｒｒに達していない場合は、プラズマコントローラで高周波を印加することができない。

ガス微調節バルブを調整して、５×１０^-１Ｔｏｒｒ〜７×１０^-１Ｔｏｒｒ以内の圧力となるようにする。

ここで、ＧａｓＩｎから流入された空気又はＯ_２ガスは、マルチガスノズル−１２オリフィスを介して、プラズマ電極に均一に噴射される。

真空の読み出しは、真空ケージで認識して、プラズマコントローラで表示されるので、洗浄対象の機器に装着された真空表示は、無視し、プラズマコントローラに表示される数値を参照すれば良い。

ガス微調節バルブは、初期調整の後、バルブを別に調整しない限り、ガス流入量が変わらないため、今後の洗浄の際、許容圧力がずれない場合は、調整が不要である。

対象チャンバの圧力が許容圧力以内になると、プラズマコントローラで高周波１３．５６ＭＨＺ１０Ｗ〜４０Ｗのプラズマ電極を、トリプルコッププラズマソースに印加することになる。

ここで、プラズマ電極では、プラズマが発生することになる。

マルチガスノズルの１２個のオリフィスにおいて、３重構造のプラズマ電極に均一に噴射されるので、プラズマ発生の効率は、極大化される。

プラズマ電極において、プラズマにより電離活性化された酸素ラジカル（Ｏ）、及び酸素イオン（Ｏ＋）などが生成されて、対象機器に流れ込まれる。

対象機器内部のチャンバ構造物や、試料表面の有機物（炭化水素類）などと結合して、ＣＯ_２やＨ_２Ｏなどで化学結合及び活性化されて、対象機器のポンプでポンピングされ除去される。

洗浄時間は、試料チャンバの場合、その容積によって、１〜３時間程度かかり、観察及び分析試料表面の場合、試料種類によって、数十秒〜十分程度かかる。

洗浄が完了すると、プラズマクリーナで印加されるＲＦは、オフとなり、ガスオン／オフバルブは、閉弁される。

その後、対象機器の必要真空がポンピング完了すると、有機物汚染がなく、高分解能映像の獲得、及び精密分析が可能である。

一方、本発明の特有事項として、トリプルコッププラズマソースが用いられる。

図１９は、本発明が提案するトリプルコッププラズマソースを説明するための図である。

図１９には、プラズマソースの外形、及びプラズマソースの内部構造を示している。

図１９を参照すると、プラズマ電極の構造を３重コップの形態で構成しており、全ての面にわたって、マルチホール（２ｍｍ）構造に製作されて、プラズマ生成ガスとの反応面積を最大化することができる。

それで、ガスのイオン化の損失率を最小化し、プラズマ発生効率を最大化することができる。

これにより、従来製品と比較して、２倍以上の洗浄効率、及び帯電除去効率が得られる。

一方、図２０は、本発明によるマルチガスノズルの一例を説明するための図である。

図２０には、マルチガスノズルの構造、及びガス流れの方向が示されている。

図２０を参照すると、従来製品は、プラズマガスを側面中間部分のシングル噴射構造から構成されているため、プラズマ電極が均一に分布できず、側面部分にのみ流入されて、プラズマ発生効率が非常に低下した。

これに対して、本発明は、プラズマ電極構造を考えて、ガス流入後、電極全面に渡って、均一な噴射構造を有するように構成した。

すなわち、ガス流入部（電極後段）に、１２個のオリフィス（Φ１ｍｍ）形態のガス噴射ノズルを構成することで、プラズマ電極の全面に均一にガスが衝突することにより、高周波の印加に際して、最大のプラズマ発生効率を得られるので、従来製品と比較して、２倍以上早い洗浄効率、及び帯電除去効果を得ることができる。

一方、図２１は、本発明による小型化及びフルオート制御を説明するための図である。

図２１を参照すると、プラズマ制御のための付加装置（真空ゲージ、ガスオン／オフ、ＲＦ印加用フィードスル、ガス微調節バルブなど）のプラズマヘッドの後段にいずれも位置するように構成して、直径及びサイズを最小化した。

それで、プラズマヘッドサイズによって、対象装置に装着の制約が生じる場合を改善しており、全ての制御信号をヘッド後段に連結するため、連結ケーブルを単純化することができる。

また、対象機器の洗浄圧力制御、ＲＦオン／オフ、洗浄完了後の対象機器ポンピング開始を、プラズマコントローラにプログラミングして、洗浄の全過程をほぼ自動化することができる。

前述した本発明の構成が適用される場合、プラズマクリーニング時間を短縮することができる。すなわち、プラズマソースのプラズマ発生密度を、従来製品と比較して、格段に高くして、洗浄時間を大幅短縮することができる。

更に、本発明は、プラズマヘッドを小型化することができる。従来製品の場合、プラズマヘッドの制御部品が側面に位置しているため、対象装置の構造物によって、装着の制約が発生する場合があり、試料チャンバにのみ装着可能であったため、ＳＥＣ（試料交換チャンバ）に装着して、試料表面の洗浄が不可であった。これに対して、本発明は、全ての制御部品を、プラズマヘッドの後段に位置して構成したため、試料チャンバ及び試料交換チャンバにいずれも、制約なく装着することができる。

また、本発明は、対象機器の試料表面の洗浄が可能である。従来製品は、ＳＣにのみ装着可能であったため、試料表面を洗浄するためには、高真空ポンプを停止又は遮断させ、洗浄を行わなければならず、最小３時間以上がかかった。それで、試料表面の洗浄時間が長くかかり、使用者が、試料表面の洗浄用としては使用することができなかった。これに対して、本発明は、ＳＥＣに装着可能であるため、高真空ポンプを停止するか、別に遮断することなく、試料交換室内部で洗浄した後、すぐＳＣに載置して、観察、分析することができるという効果が得られる。

また、本発明は、ウエハ、ＬＣＤ、チャンバ構造物の帯電除去効果を提供する。即ち、半導体、ＬＣＤＩｎ−ｌｉｎｅ装備に使用することに際して、プラズマソースで大量のラジカルと陽イオンを生成してチャンバに注入することで、多数の不良を誘発する帯電を除去する効果も卓越である。

以上で説明したように、本発明が属する技術に分野おける当業者は、本発明がその技術的思想や必須特徴を変更しなくても、他の具体的な形態で実施され得ることは理解されるだろう。それで、前述した実施例は、全ての面に例示に過ぎず、限定的なものではない。本発明の範囲は、詳細な説明よりは、後述する特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の意味及び範囲、そして等価概念から導出される全ての変更又は変形した形態が、本発明の範囲に含まれることに解釈されるべきである。

Claims

電子ビームを介して、試料の像を拡大する電子顕微鏡を、プラズマを用いて洗浄する電子顕微鏡プラズマクリーナであって、
前記試料が配置され、電子の流れを用いるため、その内部が真空状態である真空チャンバと、
前記電子ビームを生成し、前記生成された電子ビームを、前記試料に出力する電子銃と、
前記試料を透過した電子ビームを拡大し、蛍光板上に投映する電子レンズと、
既設定された範囲の無線周波数を有する第１の信号を生成するＲＦコントローラと、
プラズマを生成し、前記ＲＦコントローラから前記第１の信号を受信し、前記プラズマ及び第１の信号を用いて、活性化された酸素ラジカル及びイオンを生成し、前記活性化された酸素ラジカル及びイオンを、前記真空チャンバの内部に供給するプラズマヘッドと、を含み、
前記真空チャンバの内部に供給された活性化された酸素ラジカル及びイオンを用いて、前記真空チャンバの内部に存在する汚染を除去し、
前記汚染は、炭化水素と、前記試料が大気中に保管された場合に形成された自然酸化膜と、オイルと、試料アウトガスと、を含み、
前記活性化された酸素ラジカル及びイオンの少なくとも１つは、前記汚染と反応して、水（Ｈ_２Ｏ）又は二酸化炭素（ＣＯ_２）を生成し、
前記水（Ｈ_２Ｏ）又は前記二酸化炭素（ＣＯ_２）の生成によって、前記汚染の運動エネルギーが高くなることで、前記汚染は、前記真空チャンバの外部に排出され、
前記真空チャンバの内部に供給されたイオンは、前記真空チャンバ及び試料に形成された静電気と結合されて、前記静電気を除去し、
前記真空チャンバは、試料交換チャンバ（ＳＥＣ）であり、
前記汚染は、炭化水素と、試料交換チャンバ（ＳＥＣ）内に配置された前記試料が大気中に保管された場合に形成された自然酸化膜と、オイルと、試料アウトガスと、の少なくとも１つであり、
前記プラズマヘッド内のプラズマ電極は、複数のコップで重なる構造からなり、
前記複数のコップのそれぞれの面には、複数のホールが形成され、
前記複数のコップ及び複数のホールを介して、前記プラズマを生成する第１のガスとの反応面積を最大化し、
前記プラズマヘッドの前面に、前記第１のガスを噴射するマルチガス噴射ノズルを構成することで、前記プラズマの生成をサポートすること
を特徴とする電子顕微鏡プラズマクリーナ。
前記運動エネルギーが高くなった汚染は、真空ポンプのポンピング動作によって、前記真空チャンバの外部に排出されることを特徴とする請求項１に記載の電子顕微鏡プラズマクリーナ。
前記電子顕微鏡は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）又は走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）であることを特徴とする請求項１に記載の電子顕微鏡プラズマクリーナ。
電子ビームを介して、試料の像を拡大する電子顕微鏡を、プラズマを用いて洗浄する電子顕微鏡洗浄方法であって、
電子の流れを用いるため、真空状態の真空チャンバの内部に、前記試料を配置する工程と、
電子銃により、前記電子ビームを生成する工程と、
前記生成された電子ビームを、前記試料に出力する工程と、
電子レンズにより、前記試料を透過した電子ビームを拡大し、蛍光板上に投映する工程と、
ＲＦコントローラから既設定された範囲の無線周波数を有する第１の信号を生成する工程と、
プラズマヘッドにより、プラズマを生成する工程と、
前記プラズマヘッドにより、前記ＲＦコントローラから前記第１の信号を受信する工程と、
前記プラズマ及び第１の信号を用いて、前記プラズマヘッドから活性化された酸素ラジカル及びイオンを生成する工程と、
前記活性化された酸素ラジカル及びイオンを、前記プラズマヘッドから、前記真空チャンバの内部に供給する工程と、
前記真空チャンバの内部に供給された前記活性化された酸素ラジカル及びイオンを用いて、前記真空チャンバの内部に存在する汚染を除去する工程と、を含み、
前記汚染は、炭化水素と、前記試料が大気中に保管された場合に形成された自然酸化膜と、オイルと、試料アウトガスと、を含み、
前記活性化された酸素ラジカル及びイオンの少なくとも１つは、前記汚染と反応して、水（Ｈ_２Ｏ）又は二酸化炭素（ＣＯ_２）を生成し、
前記水（Ｈ_２Ｏ）又は二酸化炭素（ＣＯ_２）の生成によって、運動エネルギーが高くなることで、前記汚染は、前記真空チャンバの外部に排出され、
前記真空チャンバの内部に供給されたイオンは、前記真空チャンバ及び試料に形成された静電気と結合されて、前記静電気を除去する工程を、更に含み、
前記真空チャンバは、試料交換チャンバ（ＳＥＣ）であり、
前記汚染は、前記試料交換チャンバ（ＳＥＣ）内に配置された前記試料が大気中に保管された場合に形成された自然酸化膜と、オイルと、試料アウトガスの少なくとも１つであり、
前記プラズマヘッド内のプラズマ電極は、複数のコップで重なる構造からなり、
前記複数のコップのそれぞれの面には、複数のホールが形成され、
前記複数のコップ及び複数のホールを介して、前記プラズマを生成する第１のガスとの反応面積を最大化し、
前記プラズマヘッドの前面に、前記第１のガスを噴射するマルチガス噴射ノズルを構成することで、前記プラズマの生成をサポートすることを特徴とする電子顕微鏡洗浄方法。
前記運動エネルギーが高くなった汚染は、真空ポンプのポンピング動作によって、前記真空チャンバの外部に排出されることを特徴とする請求項４に記載の電子顕微鏡洗浄方法。
前記電子顕微鏡は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）又は走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）であることを特徴とする請求項４に記載の電子顕微鏡洗浄方法。