JPS63308856A

JPS63308856A - 電子ビーム装置のクリーニング方法

Info

Publication number: JPS63308856A
Application number: JP62144917A
Authority: JP
Inventors: Hirobumi Morita; 博文森田; Fujio Komata; 富士夫小俣; Seitaro Matsuo; 松尾　誠太郎
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1987-06-10
Filing date: 1987-06-10
Publication date: 1988-12-16
Anticipated expiration: 2012-10-15
Also published as: JP2664025B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、イオンビーム露光装置などの荷電ビーム
装置に関し、特に、荷電ビーム装置の電子光学鏡筒やビ
ーム計測用試料等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。

〔従来技術〕

荷電ビームは、走査電子顕微鏡、電子ビーム測長機、電
子ビーム露光装置、イオンビーム露光装置、集束型イオ
ン打ち込み装置、イオンビームマスク修正装置などに広
く利用されている。

近年、超大規模半導体集積回路（ＶＬＳＩ）技術の発展
に伴って、高速に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つ高精度にＶＬＳＩ又は大
規模半導体集積回路（ＬＳＩ）パターンのｍ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、ビームの安定性、
すなわち、ビーム電流、ビーム寸法、ビーム解像度、ビ
ーム位置の安定性の確保が不可欠である。例えば、電子
ビーム露光装置において、電子ビームが不安定な場合、
微細なバタン形成ができなかったり、本来別々であるべ
き近接したパターンがつながったりすることがある。こ
のために、描画パターンの精度は低下し、ひいては製造
するＶＬＳ　Ｉ又はＬＳＩの歩留りが低下する。また、
電子ビーム測長機において、電子ビームが不安定な場合
には、測長精度が低下したり、測長が不可能になったり
する。

電子ビームの不安定性の主たる原因は、電子光学鏡筒や
試料台等に付着した汚れ（コンタミネーション）である
。汚れは、電子レンズ、偏向器、電子銃電極、アパーチ
ャ、試料ホルダ等に、鏡筒内に存在する炭素を含んだガ
スが吸着し、そこに電子ビームが直接又は試料やアパー
チャに反射して照射されることによって、付着形成され
る。また、電子ビーム露光装置等の試料台や対物レンズ
の付近では、試料に塗布された露光用レジストが電子ビ
ーム照射により蒸発して再付着し、汚れとなる場合もあ
る。これらの汚れは、導電性が低いので表面にアパーチ
ャ等から反射してきた電子が蓄積される状態（チャージ
アップ）が生じ、これが作る電界によって電子ビームが
偏向される。チャージアップで蓄積される電荷は不安定
で変動するので、電子ビームの偏向量も変動して電子ビ
ームの不安定性が生じる。従って、電子光学鏡筒及び試
料台等の汚れを除去しなければならない。

また、電子ビーム露光装置においては、電子ビームの偏
向位置や電子ビームの寸法を較正するために、シリコン
基板表面に金で一定形状のパターンを形成して作製した
標準マークやナイフェツジや金ワイヤなどのビーム計測
用試料を電子ビームで走査し５反射電子や透過電子の信
号を得て、電子ビームの偏向位置、寸法などの測定を行
う、この際、測定を何回か続けると、ビーム計測用試料
表面に汚れが付着してチャージアップが生じ、測定が不
安定になる。この不安定な測定に基づいてビーム位置や
寸法を較正しても、高精度な較正は不可能である。従っ
て、ビーム計測用試料の汚れも除去しなければならない
。

そこで、電子光学鏡筒のレンズ、偏向器、電子銃電極、
試料ホルダなどの汚れを除去するために、装置を解体し
た後、各部品について研磨材で表面を磨いて汚れを取り
、有機溶剤の中に浸して超音波洗浄を行うクリーニング
方法が行われてきた。

また、アパーチャ類については、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や、
プラズマアッシングで汚れを取るクリーニング方法が行
われてきた。ビーム計測用試料についても、交換するか
プラズマアッシングでクリーニングが行われてきた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、前述した従来のクリーニング方法では、
装置の解体と再組立、真空引き、電子光学鏡筒の調整な
どが必要なので、長い時間と多くの労力を要する。その
ために、装置稼動率が低下するという問題があった。さ
らに、クリーニングの自動化がほとんど不可能であるた
め、保守要員の人数確保と教育が必須という問題があっ
た。

本発明は、前記問題点を解決するためになされたもので
あり、荷電ビーム装置を解体することなく効率的にクリ
ーニングする方法を提供することを目的とする。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろ
う。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、前記目的を達成するため、荷電ビーム装置に
反応性ガスが導入され、かつ荷電ビームが装置構成部品
に照射された状態を形成して、装置構成部品に付着した
汚れを除去することを主な特徴とする荷電ビーム装置の
クリーニング方法である。

〔作用〕

前述の手段によれば、荷電ビーム装置の電子光学鏡筒内
部や試料室内等に、反応性ガスを導入した状態で荷電ビ
ームを照射して、反応性ガスを励起し、そのエツチング
作用を促進させて汚れを除去することにより、従来技術
のように、汚れ除去のために装置を解体する必要がない
ので、効率的にクリーニングを行うことができる。また
、本発明の荷電ビーム装置のクリーニング方法は、再現
性も良いので、繰り返しクリーニングを行うことができ
る。

〔発明の原理〕

次に、本発明の荷電ビーム装置のクリーニング方法の原
理を説明する。

本発明の荷電ビーム装置のクリーニング方法の原理は、
アパーチャを反応性ガス雰囲気にさらすと、アパーチャ
に付着した汚れに、反応性ガス分子が吸着する。ここで
、電子ビームを照射すると、電子ビームのエネルギーに
よって反応性ガスが励起されてエツチング作用が促進さ
れ、汚れは除去される。通常の電子光学鏡筒における汚
れは、主に炭素系の物質であるので、０２．ＮＯ□、Ｓ
Ｆ。

等とのが応により、ｃｏ２．ＣＦ４等の揮発性ガスの形
で取り去られ、真空排気によって鏡筒外部へ排出される
。ＳＦｓのようなフッ素系のガスは、炭素以外の汚れの
除去（例えばシリコン）にも効果がある。また、多くの
露光用レジストは、前記の反応ガスによってエツチング
が可能であるので、電子ビーム露光装置等でレジストの
蒸発再付着によって生成された汚れについても、前記の
反応性ガスにより汚れのほとんどを除去することができ
る。さらに、前記のガスで除去できないレジストを使用
する場合でも、そのレジストをドライエツチングする際
に使用する反応性ガスを使用すれば、生成された汚れの
クリーニングは可能である。

ここで、よりクリーニングに適した反応性ガスを選定す
る際の考え方について述べる。前述ツクリーニング原理
かられかるように、反応性ガスには、低いガス圧で材料
表面に吸着層を形成しやすく、かつ電子ビーム等で励起
されると反応しやすくなるガスがよい。吸着性が強すぎ
るガスは、蒸気圧が低いので沸点が高くなり、ガス導入
系内で液体となる。液体になると、鏡筒や試料室へのガ
ス導入が回置になるので適さない。常温でクリーニング
を行う場合、大気圧において常温付近に沸点がある物質
が吸着性とガス導入の容易性から適している。以上をま
とめると、大気圧において常温付近に沸点があり、かつ
励起されて反応しやすくなるガスがクリーニングに適し
ている。このようなガス選定指針に基いて選んだガスの
一つが、ＮＯ２であり、その沸点は大気圧において摂氏
約２１度である。後述の原理確認実験によれば、ＮＯ２
のクリーニング速度はＯ２の約３倍と速く、ここで述べ
たガス選定指針が有効であることがわかる。

次に、前述のクリーニングの原理を確認するために行っ
た実験とその結果について詳述する。

第２図は、このクリーニング原理の確認実験における装
置の概略構成を示す説明図である。

第２図において、走査電子顕微鏡で長時間使用して汚れ
が付着した実験用試料６１は、試料台２１に固定され、
反応性ガスをガスボンベ４２から試料室２３の内部へ導
入しながら、電子光学鏡筒１で発生した電子ビーム９が
照射されて走査される。電子ビーム電流は、試料台２１
上のファラデーケージ６２に電流計５１を接続して測定
する。

なお、第２図において、５は偏向器、３１．３１’は真
空排気ポンプ、３３は真空ゲージである。

最初に、反応性ガスはＯ２、導入圧力２．５　Ｘ　１０
−２パスカル（Ｐａ）、加速電圧１０キロボルト（ＫＶ
）、電子ビーム電流１３０ナノアンペア（ｎＡ）、電子
ビーム走査面積ｌＸｌ０−”平方ミリメートル（ｍ＋＝
”）の条件において、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試料として実
験した。電子ビーム照射時間を変えて実験を行い、照射
後に試料を装置から取り出して目視でｌｌ！察した。そ
の結果、照射時間の長い方が汚れは多く除去されており
、約６０分照射すれば、電子ビームを照射した領域の汚
れは完全に除去されることがａｍされた。また、何回も
繰り返してｗｔ察することにより、再現性も確認された
。

次に、導入圧力を変化させながら同様の実験をした。そ
の結果、０２を導入した場合については汚れは全て除去
された。また、反応性ガスを導入しない場合には、電子
ビーム照射により汚れがさらに付着した。

第３図に０２導入圧力を横軸に、クリーニング時間（す
なわち、汚れが完全に除去されるまでの時間）を縦軸に
とったグラフを示す。このグラフから、導入圧力が低い
と、クリーニングが終了するまでの時間は長くかかり、
導入圧力が高いとクリーニング終了時間が短くなること
がわかる。また、広い圧力範囲において、クリーニング
の効果が確実に得られることがわかる。

なお、ここで示したクリーニングに要する時間は、この
基礎実験におけるある特定の試料に対するものであり、
クリーニング対象物の使用条件や使用時間などにより異
なることを注記しておく。

次に、導入する反応性ガスの種類を変えて実験した。Ｎ
Ｏ８、ＳＦ、及びこれらと０．の混合ガスについて行っ
たが、全ての場合で汚れは除去された。なお、除去が終
了するまでの時間は０２と比較して、ＮＯ，で約３分の
１、ＳＦ、で約２倍を要した。

加速電圧については、１キロボルト（ＫＶ）、５キロボ
ルト（ＫＶ）、１０キロボルト（ＫＶ）を行ったが、全
ての場合で汚れは除去された。

汚れ除去を行う対象の試料について、前述のモリブデン
製のアパーチャの他に、白金製アパーチャ、シリコン上
に金でパターンを形成した電子ビーム露光装置用標準マ
ークについて実験したが、同様に汚れは除去された。

以上の実験から本発明によるクリーニング方法が有効で
あり、そのクリーニング方法の再現性も良好であること
が確認された。

なお、前述のように、広い圧力範囲でクリーニング効果
が得られるので、前記実施例のようにクリーニングのた
めの時間を設けて反応性ガス導入と電子ビーム照射を行
うのではなく、例えば、試料の走査電子顕微！！（Ｓ　
Ｅ　Ｍ）像観察やＶＬＳＩ（又はＬＳ　Ｉ）パターン描
画などの通常の装置動作中に反応性ガスを導入し、通常
動作をしながらクリーニングを行う方法も可能である。

この場合、電子ビームが当って汚れの生じやすい所は、
反応性ガスを導入した場合、電子ビームによる励起が生
じやすく、クリーニング効果が大きくなる所なので、結
果として従来汚れやすい所はどクリーニング効果・が大
きくなる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を用いて具体的に説明す
る。

第１図は、前述の本発明の荷電ビーム装置のクリーニン
グ方法の原理を適用した一実施例の走査電子顕微鏡の概
略構成を示す説明図である。

本実施例の走査電子顕微鏡のクリーニング方法において
は、第１図に示す対物アパーチャ８をクリーニングする
ものとする。なお、第１図は、厳密な図面ではないので
１例えば真空シール用のＯリングなどは省略しである。

この走査電子顕微鏡の電子光学鏡筒１は、電子銃２、照
射レンズ３、対物レンズ４、偏向器５、電子光学鏡筒１
の光学軸に電子ビーム９を合せるためのアライメントコ
イル６、電子銃アパーチャア、対物アパーチャ８等から
構成されている。

対物アパーチャ８は、対物アパーチャホルダ１２により
保持されている。電子銃２から放出された電子ビーム９
は、照射レンズ３、対物レンズ４、偏向器５によって、
水平方向に移動可能な試料台２１に保持された観察試料
２２の表面の所望の位置に集束される。試料台２１は試
料室２３の中に設置されている。

電子銃室１０．電子光学鏡筒内部１１、試料室２３は、
真空を保つために真空排気ポンプ３１．３１’、３１″
で排気されている。この電子光学鏡筒内部１１は、配管
４１を通して、反応性ガスを充填したガスボンベ４２に
接続されている。配管４１には、反応性ガスの導入流量
を調整する調整弁４３がある。本実施例では、反応性ガ
スを０□としているが、他にもＳＦ６やＮＯ２等のよう
に、エツチング性のあるガスやそれらの混合ガスでもか
まわない。なお、Ｎ。

２は室温付近ではＮ２Ｏ４と平衡状態で混在するが。

本明細書ではこのように混在する場合も含めてＮｏ２で
代表して記述する。

上述した第１図に示す実施例の走査電子顕微鏡の構成に
おいて１本発明によるクリーニング方法を実施するため
に設けられたものは、配管４１、ガスボンベ４２．調整
弁４３である。

本実施例のクリーニング方法によって、第１図に示した
走査電子顕微鏡の対物アパーチャ８の汚れを除去する手
順を以下に詳述する。

第１図において、最初に、電子銃２から放出された電子
ビーム９を照射レンズ３を適当に励磁することにより対
物アパーチャ８の表面上に照射する。電子ビーム９は、
通常の試料観察を行う条件では対物アパーチャ８上で広
がった状態であり、このように広がった状態でもかまわ
ないが、対物アパーチャ８上で細く集束させてもよい、
また。

照射レンズ３や電子銃２の動作条件を変えて通常よりも
多くの電子ビーム９を対物アパーチャ８に照射する条件
とすれば、クリーニングをより速く行うことができる。

次に、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の表面を走査する。

ここで、アライメントコイル６は、クリーニングのため
に電子ビーム９を走査する偏向器として用いられている
。

なお、対物アパーチャホルダ１２の汚れも同時にクリー
ニングしたい場合は、対物アパーチャホルダ１２まで含
めた領域を走査する。

また、より狭い領域の局部的なりリーニングを行いたい
場合には、その領域のみを走査すればよい。

また、電子ビーム９を走査せずに、照射レンズ３の励磁
を変えて電子ビーム９をぼかして広げ、クリーニングし
たい領域に照射してもよい。

さらに、本実施例では、走査電子顕微鏡にもともと具備
されているアライメントコイル６をクリーニングのため
のビーム走査用に用いているが、クリーニング時のビー
ム走査専用の偏向器を別に設けてもよい。

次に、ガスボンベ４２のボンベ元栓４４を開け、調整弁
４３で導入圧力を調整して、電子光学鏡筒内部１１に反
応性ガスを入れ、対物アパーチャ８の周囲を反応性ガス
雰囲気とする。

導入圧力は、例えば電子光学鏡筒内部１１を排気する排
気管３２等に設置した真空ゲージ３３で測定する。導入
圧力は、通常１０−４〜１０゛１パスカル。

（ＩＰ　ａ　＝　Ｉ　Ｎ／ｍ”）程度が適当であるが、
真空排気系が低真空度に耐えられるものであれば、さら
に高い圧力でもよいし、汚れ除去に時間を要してもかま
わない場合にはより低い圧力でもよい。

なお、本実施例では、先に電子ビームを照射し、次に反
応性ガスを導入しているが、この順序は逆でもよいし、
あるいは同時でもかまわない。電子ビームを照射し、か
つ反応性ガスを導入した状態にすることにより、クリー
ニングの効果が生じる。

そして、一定時間、反応ガス導入とビーム照射を続ける
ことにより、本発明によるクリーニング方法は終了する
。

なお、本実施例では走査電子顕微鏡の対物アパーチャ８
とそのホルダ１２のクリーニングについて説明したが、
本発明の適用対象はこれにとどまらず、偏向器、電子レ
ンズ、これらを保持するホルダ、試料台上に置かれた標
準マーク又はナイフェツジ、金ワイヤ等のビーム計測用
試料、これらを保持するホルダ、観察、測定、加工の対
象たる試料、試料を保持するホルダ、さらに試料台その
もの等、荷電ビーム装置の鏡筒や試料台を構成する部品
類でビーム照射しうるちの全てのクリーニングに適用で
きる。

また、本実施例では、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ながら装
置構成部品にビームを照射することによりクリーニング
が可能である。

以上の説明かられかるように、本実施例によれば、電子
光学鏡筒内部１１や試料室２３に、反応性ガス０２を導
入した状態で電子ビームを照射して、反応性ガスを励起
し、そのエツチング作用を促進させて汚れを除去するこ
とにより、鏡筒構成部品やビーム計測用マークなどのク
リーニングを、装置を解体することなく行えるので、ク
リーニングに要する時間と労力を大幅に削減することが
できる。また、本実施例の走査電子顕微鏡のクリーニン
グ方法は、再現性も良いので、繰り返しクリーニングを
行うことができる。

この結果、ビーム安定度が向上し、高い精度の装置動作
が長期にわたって可能になるという効果がある。

以上、本発明を実施例にもとづき具体的に説明したが、
本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その
要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であること
は言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上、説明したように、本発明によれば、荷電ビーム装
置に反応性ガスが導入され、かつ荷電ビームが装置構成
部品に照射された状態を形成し。

反応性ガスを励起し、そのエツチング作用を促進させて
汚れを除去することにより、従来技術のように、汚れ除
去のために装置を解体する必要はなく、効率的にクリー
ニングを行うことができるので、クリーニングに要する
時間と労力を大幅に削減できる。この結果、ビーム安定
度が向上し、高い精度の装置動作が長期にわたって可能
になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の荷電ビーム装置のクリーニング方法
の原理を適用した一実施例の走査電子顕微鏡の概略構成
を示す説明図、第２図は、このクリーニング原理の確認実験における装
置の概略構成を示す説明図、第３図は、原理確認実験で得た０２導入圧力とクリーニ
ングに要する時間の関係を示すグラフである。図中、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・
・・対物アパーチャホルダ、２１・・・試料台、２２・
・・ａ察試料、２３・・・試料室。３１、３１’　、　３１”・・・真空排気ポンプ、３２
・・・排気管、３３・・・真空ゲージ、４１・・・配管
、４２・・・ガスボンベ、４３・・・調整弁、４４・・
・ボンベ元栓、５１・・・電流計、６１・・・実験用試
料、６２・・・ファラデーケージである。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）荷電ビーム装置に反応性ガスが導入され、かつ荷
電ビームが装置構成部品に照射された状態を形成して、
装置構成部品に付着した汚れを除去することを特徴とす
る荷電ビーム装置のクリーニング方法。
（２）前記荷電ビームを装置構成部品に直接照射するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の荷電ビー
ム装置のクリーニング方法。
（３）前記荷電ビームを他の装置構成部品や試料等で反
射させてから被クリーニング部品に照射することを特徴
とする特許請求の範囲第１項に記載の荷電ビーム装置の
クリーニング方法。
（４）前記荷電ビーム装置の通常の動作を停止した状態
で、反応性ガスを荷電ビーム装置に導入し、ビームを装
置構成部品に照射して汚れを除去することを特徴とする
特許請求の範囲第１項に記載の荷電ビーム装置のクリー
ニング方法。
（５）前記荷電ビーム装置の通常の動作中に反応性ガス
を導入して汚れを除去することを特徴とする特許請求の
範囲第１項に記載の荷電ビーム装置のクリーニング方法
。
（６）前記反応性ガスがＯ＿２又はＳＦ＿６又はＮＯ＿
２又はこれらの１つ以上を含む混合ガスであることを特
徴とする特許請求の範囲第１項乃至第５項の各項に記載
の荷電ビーム装置のクリーニング方法。
（７）前記装置構成部品が、ビーム制限用又はビーム成
形用のアパーチャ、前記アパーチャ類を保持するホルダ
、偏向器、レンズ、前記偏向器又はレンズを保持するホ
ルダ、試料台上に置かれた標準マーク又はナイフエッジ
又は金ワイヤなどのビーム計測用試料、前記ビーム計測
用試料を保持するホルダ、観察又は測定又は加工の対象
たる試料。前記試料を保持するホルダ、前記ホルダを固定する試料
台、などの一部又は全部であることを特徴とする特許請
求の範囲第１項乃至第６項の各項に記載の荷電ビーム装
置のクリーニング方法。
（８）荷電ビームの照射を行う際に、偏向器により前記
荷電ビームを前記装置構成部品の所望の領域で偏向走査
し、前記領域の汚れを除去することを特徴とする特許請
求の範囲第１項乃至第７項の各項に記載の荷電ビーム装
置のクリーニング方法。
（９）前記偏向器が、荷電ビーム装置のビーム位置決め
やビーム調整などの通常動作を行うために設けられた偏
向器であることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至
第８項の各項に記載の荷電ビーム装置のクリーニング方
法。
（１０）前記偏向器が、汚れ除去専用に設けられた偏向
器であることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第
９項の各項に記載の荷電ビーム装置のクリーニング方法
。