WO2014061738A1 - 荷電粒子線装置内の異物除去方法、及び荷電粒子線装置 - Google Patents

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和真 谷井
祐二 葛西
正和 ▲高▼橋
源 川野
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株式会社 日立ハイテクノロジーズ
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Definitions

  • the present invention relates to a charged particle beam apparatus that irradiates a sample with a charged particle beam, and more particularly to a foreign particle removal method and a charged particle beam apparatus in a charged particle beam apparatus that can remove foreign substances present in a vacuum chamber.
  • a charged particle beam device typified by a scanning electron microscope (CD-SEM: Critical Dimension Scanning Electron Microscope) for semiconductor wafer measurement uses signals (secondary electrons and reflected electrons) obtained by scanning a charged particle beam on a sample. ) On the basis of ().
  • CD-SEM Critical Dimension Scanning Electron Microscope
  • Semiconductor devices are being miniaturized to improve device performance and circuit performance. With the miniaturization of semiconductor devices, the demand for killer foreign substances allowed in semiconductor devices has become more severe. Specific examples of the foreign matter include contamination by the outgas of the semiconductor device itself, minute foreign matter brought into the semiconductor device, and dust generation from the CD-SEM sliding portion.
  • the above foreign matter floats in the vacuum sample chamber or adheres to the stage, objective lens, sample chamber wall, or the like. If foreign matter adheres to the semiconductor device being measured, the yield may decrease, and management is necessary. At present, foreign matter is regularly measured, and when it is out of specification, the generated part is removed by ethanol cleaning.
  • Patent Document 1 when the sample is detached from the lower part of the objective lens for focusing the electron beam, the excitation of the objective lens is turned off or low, or the electron beam is accelerated when passing through the objective lens. For this reason, there is disclosed a technique for effectively removing foreign substances while suppressing the adhesion of foreign substances to the sample by setting the applied voltage of the acceleration cylinder to Off or a low voltage.
  • Patent No. 4945267 (corresponding US Pat. No. 7,626,166)
  • Ethanol cleaning can remove foreign substances, but the sample chamber must be released to the atmosphere.Even if the vacuum chamber is evacuated after cleaning, foreign matter that has entered the atmosphere is reattached to the stage, objective lens, sample chamber wall, etc. There is a possibility of floating in the sample chamber in vacuum. Moreover, since several hours of downtime occurs due to atmospheric release and evacuation, frequent ethanol cleaning is not practical.
  • the excitation of the objective lens is set to Off or low excitation, or the applied voltage of the acceleration cylinder for accelerating the electron beam when passing through the objective lens is set to Off or low voltage.
  • the applied voltage of the acceleration cylinder for accelerating the electron beam when passing through the objective lens is set to Off or low voltage.
  • One aspect for achieving the above object is an objective lens that focuses a charged particle beam emitted from a charged particle source, a control device that controls the lens intensity of the objective lens, and an object to be irradiated with the charged particle beam.
  • a vacuum chamber for maintaining the atmosphere around the sample in a vacuum, and a stage on which the sample is arranged, or a foreign material recovery member for recovering foreign material in the vacuum chamber, the control device is configured such that the foreign material recovery member is the objective lens
  • the foreign matter collecting member or the stage is moved so that the foreign matter collecting member or the stage is positioned under the beam passing opening of the objective lens so that the foreign matter collecting member or the stage is positioned under the beam passing opening of the objective lens.
  • the foreign matter collecting member or the stage and the objective lens are formed so that a potential difference is formed between the stage and the objective lens. Suggest charged particle beam apparatus for applying electrodes to generate a potential difference, and / or a voltage pole between.
  • Another aspect for achieving the above object is a method for removing foreign matter in a charged particle beam device that removes foreign matter in a vacuum chamber of the charged particle beam device, wherein the beam passes through an objective lens that focuses the charged particle beam.
  • the foreign substance collection member or the stage for arranging the sample is moved so that the foreign substance collection member for collecting the foreign substance is positioned under the opening, and the foreign substance collection member is placed under the beam passage opening of the objective lens.
  • a foreign matter removing method in a charged particle beam apparatus is proposed in which a potential difference is formed between the foreign matter collecting member or stage and the objective lens in a positioned state.
  • the foreign matter can be detached from the objective lens or the like with the foreign matter collecting member positioned below the beam passage opening of the objective lens, the foreign matter can be attached to the sample or the foreign matter can be diffused in the vacuum chamber. It becomes possible to collect foreign substances while suppressing the possibility.
  • summary of a scanning electron microscope. The flowchart which shows the collection and collection
  • summary of the scanning electron microscope provided with the electrode which controls the electric field on a sample The figure which shows an example of the acceleration cylinder and objective lens for accelerating a beam. The figure which shows an example of the objective lens which used the accelerator for accelerating a beam for a part of magnetic pole.
  • the flowchart which shows the process of collect
  • the time chart which shows the time change of the voltage applied to the electrode around a sample.
  • the electrode arranged around the objective lens before collecting the foreign matter, the electrode arranged around the objective lens generates an electric field that is higher than that of the normal use so that the magnetic field of the objective lens is higher than that of the normal use.
  • the excitation current and / or the applied voltage are controlled so that both the magnetic field and the electric field are larger than those during normal use.
  • the foreign matter attached or attracted to the periphery is forced to the foreign matter recovery member provided near the sample stage by forming a potential difference between the objective lens or the electrode placed around the objective lens and the electrode placed around the stage.
  • the foreign matter can be removed while suppressing the possibility of the foreign matter adhering to the sample or scattering of the foreign matter.
  • by periodically minimizing the potential difference between the maximum and the minimum it is possible to promote the detachment of the foreign matter adhering to the objective lens and the like and to improve the recovery efficiency.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a scanning electron microscope according to the present invention.
  • An electron beam 103 extracted from the electron source 101 by the extraction electrode 102 and accelerated by an accelerating electrode (not shown) is focused by a condenser lens 104 which is a form of a focusing lens, and then is scanned on a sample 109 by a scanning deflector 105.
  • a condenser lens 104 which is a form of a focusing lens
  • the electron beam 103 is decelerated by a negative voltage applied to an electrode built in the sample stage 108 and is focused by the lens action of the objective lens 106 and irradiated onto the sample 109.
  • secondary electrons and electrons 110 such as backscattered electrons are emitted from the irradiated portion.
  • the emitted electrons 110 are accelerated in the direction of the electron source by an acceleration action based on a negative voltage applied to the sample, and collide with the conversion electrode 112 to generate secondary electrons 111.
  • the secondary electrons 111 emitted from the conversion electrode 112 are captured by the detector 113, and the output of the detector 113 changes depending on the amount of captured secondary electrons.
  • the luminance of a display device (not shown) changes. For example, in the case of forming a two-dimensional image, an image of the scanning region is formed by synchronizing the deflection signal to the scanning deflector 105 and the output of the detector 113.
  • the scanning deflector 105 may be supplied with a deflection signal for moving the field of view in addition to a deflection signal for performing two-dimensional scanning within the field of view.
  • This deflection by the deflection signal is also called image shift deflection, and enables movement of the field of view of the electron microscope without moving the sample by the sample stage.
  • image shift deflection and scanning deflection are performed by a common deflector, but an image shift deflector and a scanning deflector may be provided separately.
  • the control device 120 controls each component of the scanning electron microscope, and forms a pattern on the sample based on the function of forming an image based on detected electrons and the intensity distribution of detected electrons called a line profile. It has a function to measure the pattern width.
  • the scanning electron microscope illustrated in FIG. 1 is provided with a pre-exhaust chamber 115 for pre-exhausting the sample atmosphere when a sample is introduced into the sample chamber 107 and a mini-en 117 for forming an air cleaning space. Further, vacuum valves 114 and 116 for performing vacuum sealing are provided between these spaces.
  • a positive or negative voltage is applied to the electric field forming electrode 118 according to an instruction from the control device 120 to control the surface electric field of the sample 109.
  • the electric field forming electrode 118 is used to form an electric field for pulling up electrons emitted from the sample 109 toward the electron source 101, or to form an electric field for repelling electrons having low energy.
  • a foreign substance collection member 119 is provided on the sample stage 108. As illustrated in FIG. 3, the foreign material recovery member 119 is provided at a position other than the mounting position of the sample 109 on the sample stage 108.
  • a method for collecting foreign matter in the scanning electron microscope having the above configuration will be described below.
  • a scanning electron microscope will be described as an example.
  • the present invention is not limited to this.
  • the present invention can be applied to foreign particle recovery of other charged particle beam devices such as a focused ion beam using an ion beam as a probe. Is also possible.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a foreign matter collection and recovery process.
  • the sample 109 is carried out from the sample chamber 107, and the vacuum valve 114 is closed (steps S201 and S202).
  • the vacuum valve 114 is closed (steps S201 and S202).
  • step S203 by forming a magnetic field that is higher than that for normal use of the objective lens and / or applying an electric field that is higher than that for normal use to the electrodes arranged around the objective lens, foreign objects existing in the sample chamber are removed from the objective lens and the objective. It adheres to or is drawn to the electrodes arranged around the lens. For example, a larger voltage is applied to the electric field forming electrode 118 than in the case of using it as an electron microscope.
  • the excitation current of the objective lens is controlled to narrow down the beam, but in this example, a magnetic field etc. is generated for the purpose of collecting foreign matter, so that focusing conditions, etc.
  • priority is given to the collection efficiency, and a larger electric field or magnetic field is formed as compared with the case where the apparatus is used as an electron microscope. That is, it is possible to increase the collection efficiency of foreign matters by applying a large voltage or supplying a large current as compared with the case of irradiating a beam.
  • FIG. 5A and FIG. 5B are diagrams showing the position of the foreign matter 501 before and after collecting the foreign matter by forming a strong electric field or the like.
  • the foreign matter 501 gathers on the objective lens 106 and the electric field forming electrode 118 by strong excitation of the objective lens 106 or application of a high voltage to the electric field forming electrode 118.
  • the objective lens is attracted by metallic foreign matter, and the electrodes placed around the objective lens are attracted by electrically charged insulating and non-conductive foreign matter.
  • step S204 the stage is moved so that the center of the optical axis is directly above a dedicated stand to which voltage can be applied (step S204).
  • the sample stage 108 is moved so that the foreign matter collecting member 119 is positioned immediately below the passage opening through which the electron beam of the objective lens where the foreign matter is most concentrated passes.
  • the magnetic field of the objective lens 109 is turned off or relatively weakly excited, and voltage is applied to the electrodes arranged around the objective lens.
  • the electric field is formed by the above, and the foreign matter is forcibly dropped on the foreign matter collecting member 119.
  • FIG. 5C is a diagram illustrating a state in which foreign matter has fallen on the foreign matter collecting member 119 by electric field control.
  • a dedicated stand capable of applying a voltage by periodically setting the potential difference between the electrode arranged around the objective lens and the electrode arranged around the stage after turning off the magnetic field of the objective lens periodically.
  • the foreign object is forcibly dropped.
  • the reason why the magnetic field of the objective lens is cut is to suppress the foreign matter adhering to the objective lens from being weakened, and at the same time, preventing the foreign matter that has been forcibly dropped from reattaching to the objective lens.
  • the potential difference When generating the potential difference between the electrode arranged around the objective lens and the electrode arranged around the stage, it is also possible to generate the potential difference with both voltages or one of the voltages. For example, if the voltage of the electrodes arranged around the objective lens is 5 kV and the voltage of the electrodes arranged around the stage is 0 kV, the potential difference is 5 kV. If the voltage of the electrodes arranged around the objective lens is 5 kV and the voltage of the electrodes arranged around the stage is ⁇ 5 kV, the potential difference is 10 kV. If the voltage of the electrodes arranged around the objective lens is 0 kV and the voltage of the electrodes arranged around the stage is ⁇ 5 kV, the potential difference is 5 kV. That is, the potential difference can be generated by various methods. However, in order to generate a high potential difference with only one of them, it is necessary to provide a large power source. Therefore, it is desirable to generate a higher potential difference between the two voltages.
  • FIG. 13 is a time chart showing the time change of the voltage applied to each electrode when collecting foreign matter.
  • Vb is a voltage applied to the electric field forming electrode 118
  • Vr is a voltage applied to the retarding electrode built in the sample stage.
  • Vb and Vr are changed synchronously, and the applied voltage is controlled so that the potential difference between both electrodes repeats maximum (
  • Vb1 and Vr1 in FIG. 13 are the maximum values of the applied voltage when performing measurement and observation with an electron microscope. Thus, by applying a large voltage exceeding the voltage range used in the case of using as an electron microscope, it is possible to improve the certainty of falling of foreign matter.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a sample stage in which a retarding electrode 502 to which a retarding voltage is applied is incorporated.
  • the retarding electrode 502 is an embodiment of the electrode arranged around the stage described above.
  • an auxiliary power source 602 for generating a strong electric field is provided in addition to a normal retarding voltage power source 601.
  • the foreign matter can be forcibly dropped by controlling the voltage applied to the retarding electrode 502 as well, but since the potential on the center side of the sample stage 108 is high when viewed from the foreign matter collection member 119, the foreign matter collection member 119 is used. There is a possibility that a potential gradient is formed around the, and the fallen foreign matter is deflected.
  • the potential gradient as described above can be eliminated by switching the switch 603 by the control device 120 and setting the foreign matter collection member 119 itself to a high potential when collecting the foreign matter.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example in which an electric field forming electrode 702 is provided under the magnetic pole of the objective lens 106.
  • 8 and 9 are diagrams for explaining in more detail an installation example of the electric field forming electrode 702.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example in which an acceleration cylinder 801 for accelerating an electron beam is installed inside the beam passage opening of the objective lens 106.
  • the electric field control at the time of collecting the foreign matter can be performed by controlling the voltage applied to the electric field forming electrode 702 and / or the acceleration cylinder 801.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example in which an electric field forming electrode 702 is provided under the magnetic pole of the objective lens 106.
  • 8 and 9 are diagrams for explaining in more detail an installation example of the electric field forming electrode 702.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example in which an acceleration cylinder 801 for accelerating an electron beam is installed inside the beam passage opening of the objective lens 106.
  • the electric field control at the time of collecting the foreign matter can
  • FIG. 9 is a diagram showing the structure of the objective lens that accelerates the electron beam by dividing the upper magnetic pole 901 and the lower magnetic pole 902 of the objective lens 106 and selectively applying a high voltage to the upper magnetic pole 901.
  • the electric field may be controlled when collecting foreign matter by controlling the voltage applied to the upper magnetic pole 901 and / or the electric field forming electrode 702.
  • an electrode for controlling the trajectory of the secondary electrons may be used as an electric field control electrode for collecting foreign matter.
  • the electrodes arranged around the stage can be replaced with electrodes other than the retarding electrode 502 and the foreign material collecting member 119.
  • FIG. FIG. 10 shows an example in which an electric field forming electrode 1003 is arranged on the bottom of a vacuum sample chamber 1002 of an electron microscope composed of an electron beam column 1001 and a vacuum sample chamber 1002.
  • an electrode arranged at the bottom of the sample chamber is used, the distance from the electrode arranged around the objective lens becomes long, so that a larger voltage is required for the forced drop of foreign matter.
  • the foreign matter can be recovered even with the retarding electrode and the electrode arranged on the bottom of the sample chamber, but it is necessary to dispose a dedicated base to which voltage can be applied on the upper surface of the electrode to be used.
  • the foreign object that has been forcibly dropped may bounce off the upper surface of a dedicated table that can apply voltage, and then float again in the sample chamber. Dust collection efficiency is good when has a mesh structure.
  • FIG. 4 is a view showing an example of the foreign matter collecting member 119.
  • the foreign material recovery member 119 has a container shape and can accommodate and apply a small amount of vacuum grease. Further, a mesh electrode 401 is provided inside, and a voltage for performing electric field control at the time of collecting foreign matter can be applied.
  • the foreign matter can be collected using a bare wafer on the stage or a foreign matter collecting member that can be introduced from the outside of the sample chamber without collecting the dust on a dedicated table to which voltage can be applied.
  • FIG. 11 is a view showing an example in which a foreign material collecting member 1101 carried from the outside of the sample chamber is mounted on the sample stage 108. By applying a foreign matter collecting member having a large surface area, foreign matter collecting efficiency can be improved.
  • FIG. 12 is a flowchart showing a foreign matter collecting process using the foreign matter collecting member 1101.
  • the vacuum valve 114 is closed (steps S1201 and S1202).
  • electric field control and / or magnetic field control for collecting foreign matter in the objective lens is performed (step S1203), while maintaining the state, the vacuum valve 114 is opened and the foreign matter collection member 1101 is introduced (step S1204, S1205).
  • the vacuum valve 114 is closed, and the sample stage 108 is moved so that the foreign material recovery member 1101 is positioned under the beam passage opening of the objective lens (steps S1206 and S1207).
  • the magnetic field of the objective lens 109 is turned off or relatively weakly excited, and voltage is applied to the electrodes arranged around the objective lens.
  • an electric field is formed, and the foreign matter is forcibly dropped onto the foreign matter collection member 1101 (step S1208).
  • the vacuum valve 114 is opened, and the foreign material recovery member 1101 is carried out (steps S1209 and S1210).
  • the foreign matter By collecting the foreign matter through the process as shown in FIG. 12, the foreign matter can be removed efficiently without the foreign matter collecting member being resident in the sample chamber.
  • the electric field control for collecting the foreign matter is performed while the foreign matter collecting member 1101 is placed on the sample stage 108, and the movable range of the foreign matter collecting member 1101 is scanned.
  • the stage 108 By moving the stage 108, foreign matter removal processing can be performed over a wide range in the sample chamber.
  • the product lot is automatically conveyed, and the CD-SEM can grasp the product lot waiting for processing. Therefore, dust collection is executed once after the product lot processing only when there is no product lot waiting to be processed.
  • the number of lots to be processed may be small. In such a case, there is a high possibility that a clean atmosphere can be maintained in the sample chamber, and it is not necessary to collect dust for each processing lot. Therefore, it is desirable that a certain threshold can be set for the dust collection timing. For example, when one week has passed since the previous dust collection or the number of processed product lots exceeds 500 and there is no product lot waiting to be processed, the dust collection is performed once after the product lot processing. Furthermore, the apparatus activation and restart can be used as a dust collection trigger.

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Abstract

　対物レンズに通常使用する時以上の磁界、対物レンズ周辺に配置した電極に通常使用する時以上の電界をかけることで、試料室内に存在する異物を対物レンズと対物レンズ周辺に配置した電極に付着もしくは周辺に引き寄せる。光軸中心を電圧印加が可能な専用の台の真上に来るようにステージ移動し、対物レンズの磁界をOffにしてから、対物レンズ周辺に配置した電極とステージ周辺に配置した電極間の電位差を周期的に最大と最小にすることで電圧印加可能な専用の台に強制的に落下させる。

Description

荷電粒子線装置内の異物除去方法、及び荷電粒子線装置
　本発明は、試料に荷電粒子ビームを照射する荷電粒子線装置に係り、特に真空室内に存在する異物を除去することが可能な荷電粒子線装置内の異物除去方法、及び荷電粒子線装置に関する。
　半導体ウェーハ計測用走査型電子顕微鏡（ＣＤ－ＳＥＭ：Critical Dimension Scanning Electron Microscope）に代表される荷電粒子線装置は、荷電粒子ビームを試料上で走査することによって得られる信号（二次電子や反射電子）に基づいて画像を形成する装置である。ＣＤ－ＳＥＭによる検査、計測対象として半導体デバイスがある。
　半導体デバイスはデバイス性能及び回路性能向上のために微細化が進んでいる。半導体デバイスの微細化により、半導体デバイスに許容されるキラー異物に対する要求もより厳しくなっている。具体的な異物の例として、半導体デバイス自身のアウトガスによる汚染、半導体デバイスが持ち込んだ微小異物、ＣＤ－ＳＥＭ摺動部からの発塵などがある。
　上記異物は、真空の試料室に浮遊したり、ステージや対物レンズや試料室壁などに付着したりする。もし、異物が測定中の半導体デバイスに付着すると、歩留まりが下がる可能性があるため管理が必要である。現状は、定期的に異物測定をし、仕様外になった時は発生部をエタノールクリーニングすることで異物を除去している。
　一方、特許文献１には、電子ビームを集束するための対物レンズの下部から、試料を離脱させたときに、対物レンズの励磁をOffもしくは低励磁にしたり、対物レンズ通過時に電子線を加速させるための加速円筒の印加電圧をOffもしくは低電圧にしたりすることで、試料への異物の付着を抑制しつつ、異物を効果的に除去する手法が開示されている。
特許第４９４５２６７号(対応米国特許ＵＳＰ７，６２６，１６６)
　エタノールクリーニングは異物を除去できるが、試料室を大気解放する必要があり、クリーニング後に真空排気をしても、大気解放時に入り込んだ異物がステージや対物レンズや試料室壁などに再付着したり、真空中の試料室に浮遊したりする可能性がある。また、大気解放と真空引きで数時間のダウンタイムが発生するため、頻繁にエタノールクリーニングすることは現実的ではない。
　特許文献１に説明されている、対物レンズの励磁をOffもしくは低励磁にしたり、対物レンズ通過時に電子線を加速させるための加速円筒の印加電圧をOffもしくは低電圧にしたりする方法は、異物が対物レンズや加速円筒に付着する力を弱めた上で引力により自由落下させている。そのため、異物が付着している力よりも引力の方が大きい場合のみ異物が落下することになり、付着力の大きい異物を十分に除去できない場合がある。
　具体的には、対物レンズの励磁をOffもしくは低励磁にしたとしてもヒステリシスの影響が残り、加速円筒の印加電圧をOffもしくは低電圧にしたとしても異物と加速円筒間に働くクーロン力の影響が残るため、異物が付着し続ける場合がある。このような異物が蓄積し、大きな塊となると、対物レンズが励磁された状態であったとしても、引力によって落下することになるが、落下時期を把握することは困難であり、異物が蓄積する前に速やかに除去することが望まれる。
　以下に、吸着力の大きな異物であっても、試料等に落下させたり、飛散させることなく、速やかに除去することを目的とする荷電粒子線装置内の異物除去方法、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の一態様として、荷電粒子源から放出される荷電粒子ビームを集束する対物レンズと、当該対物レンズのレンズ強度を制御する制御装置と、前記荷電粒子ビームの照射対象である試料周囲の雰囲気を真空に維持する真空室と、前記試料が配置されるステージ、或いは真空室内に、異物を回収する異物回収部材とを備え、前記制御装置は、当該異物回収部材が前記対物レンズのビーム通過開口下に位置付けられるように、前記異物回収部材、或いはステージを移動させ、前記異物回収部材が前記対物レンズのビーム通過開口下に位置付けられた状態で、当該異物回収部材と前記対物レンズ、或いは前記ステージと前記対物レンズとの間に電位差が形成されるように、前記異物回収部材若しくは前記ステージと対物レンズとの間に電位差を発生させる電極、及び／又は磁極に電圧を印加する荷電粒子線装置を提案する。
　また、上記目的を達成するための他の態様として、荷電粒子線装置の真空室内の異物を除去する荷電粒子線装置内の異物除去方法であって、荷電粒子ビームを集束する対物レンズのビーム通過開口下に、異物を回収するための異物回収部材が位置付けられるように、当該異物回収部材、或いは試料を配置するためのステージを移動し、前記異物回収部材が前記対物レンズのビーム通過開口下に位置付けられた状態で、当該異物回収部材或いはステージと、前記対物レンズとの間に電位差を形成する荷電粒子線装置内の異物除去方法を提案する。
　上記構成によれば、異物回収部材を対物レンズのビーム通過開口下に位置付けた状態で対物レンズ等から異物を離脱させることができるため、異物の試料への付着や真空室内での異物の拡散の可能性を抑制しつつ、異物の回収を行うことが可能となる。
　本発明の他の目的、特徴及び利点は添付図面に関する以下の本発明の実施例の記載から明らかになるであろう。
走査電子顕微鏡の概要を示す図。 異物の収集、及び回収工程を示すフローチャート。 異物回収部材を備えた試料ステージを示す図。 異物回収部材の概要を示す図。 異物収集工程と異物回収工程の異物の動きを示す図。 異物収集工程と異物回収工程の異物の動きを示す図。 異物収集工程と異物回収工程の異物の動きを示す図。 異物回収部材と対物レンズとの間に電位差を発生させるための電源を含む回路構成を示す図。 試料上の電界を制御する電極が備えられた走査電子顕微鏡の概要を示す図。 ビームを加速するための加速筒と対物レンズの一例を示す図。 磁極の一部をビームを加速するための加速器とした対物レンズの一例を示す図。 試料室の底部に異物回収部材を備えた走査電子顕微鏡の概要を示す図。 異物回収部材を試料ステージ上に載置した例を示す図。 試料室へ異物回収部材を導入することによって、異物を回収する工程を示すフローチャート。 試料周囲の電極に印加する電圧の時間変化を示すタイムチャート。
　以下に、異物回収部材を備えた走査電子顕微鏡について説明する。本実施例では特に、異物を回収する前に、対物レンズが通常使用する時以上の磁界を発生するように、対物レンズ周辺に配置した電極が通常使用する時以上の電界を発生するように、或いは磁界、電界共に通常使用時より大きくなるように、励磁電流、及び／又は印加電圧を制御する例について説明する。電子顕微鏡として使用するより大きな磁界、電界を形成することによって、試料室内に存在する異物を対物レンズと対物レンズ周辺に配置した電極に付着もしくはそれら周辺に引き寄せることができる。付着もしくは周辺に引き寄せた異物を、対物レンズ或いは対物レンズ周辺に配置した電極と、ステージ周辺に配置した電極との間に電位差を形成することによって、試料ステージ近傍に設けられた異物回収部材に強制的に落下させることによって、異物の試料への付着や異物の飛散の可能性を抑制しつつ、異物を除去することが可能となる。また、この際、上記電位差を周期的に最大と最小にすることによって、対物レンズ等に付着した異物の離脱を促進し、回収効率を高めることが可能となる。
　なお、本実施例では上述のように、一旦対物レンズ周囲に引き寄せた異物を、電界及び／又は磁界によって回収する例を主に説明するが、異物の付着が顕著な場合は、電界による回収を行うだけであっても良い。
　上記構成であれば、試料室を大気解放せずに、積極的に試料室の異物を集め、その集めた異物を高効率で集塵することが可能になる。
　図１は、本発明に係る走査電子顕微鏡の概略構成図である。電子源１０１から引出電極１０２によって引き出され、図示しない加速電極によって加速された電子ビーム１０３は、集束レンズの一形態であるコンデンサレンズ１０４によって、絞られた後に、走査偏向器１０５により、試料１０９上を一次元的、或いは二次元的に走査される。電子ビーム１０３は試料ステージ１０８に内蔵された電極に印加された負電圧により減速されると共に、対物レンズ１０６のレンズ作用によって集束されて試料１０９上に照射される。
　電子ビーム１０３が試料１０９に照射されると、当該照射個所から二次電子、及び後方散乱電子のような電子１１０が放出される。放出された電子１１０は、試料に印加される負電圧に基づく加速作用によって、電子源方向に加速され、変換電極１１２に衝突し、二次電子１１１を生じさせる。変換電極１１２から放出された二次電子１１１は、検出器１１３によって捕捉され、捕捉された二次電子量によって、検出器１１３の出力が変化する。この出力に応じて、図示しない表示装置の輝度が変化する。例えば二次元像を形成する場合には、走査偏向器１０５への偏向信号と、検出器１１３の出力との同期をとることで、走査領域の画像を形成する。
　また、走査偏向器１０５には、視野内の二次元的な走査を行う偏向信号に加え、視野を移動させるための偏向信号が重畳して供給されることがある。この偏向信号による偏向はイメージシフト偏向とも呼ばれ、試料ステージによる試料移動等を行うことなく、電子顕微鏡の視野位置の移動を可能とする。本実施例ではイメージシフト偏向と走査偏向を共通の偏向器によって行う例を示しているが、イメージシフト用の偏向器と走査用の偏向器を別に設けるようにしても良い。
　なお、図１の例では試料から放出された電子を変換電極にて一端変換して検出する例について説明しているが、無論このような構成に限られることはなく、例えば加速された電子の軌道上に、電子倍像管や検出器の検出面を配置するような構成とすることも可能である。
　制御装置１２０は、走査電子顕微鏡の各構成を制御すると共に、検出された電子に基づいて画像を形成する機能や、ラインプロファイルと呼ばれる検出電子の強度分布に基づいて、試料上に形成されたパターンのパターン幅を測定する機能を備えている。
　また、図１に例示する走査電子顕微鏡には、試料室１０７に試料を導入するときに、試料雰囲気を予備排気する予備排気室１１５と、空気清浄空間を形成するミニエン１１７が設置されている。更に、それらの空間の間には真空封止を行うための真空バルブ１１４、１１６が設けられている。
　電界形成用電極１１８には、制御装置１２０からの指示により、正或いは負の電圧が印加され、試料１０９の表面電界が制御される。通常、電界形成用電極１１８は、試料１０９から放出される電子を電子源１０１に向かって引き上げる電界を形成したり、エネルギーの低い電子を追い返すための電界を形成するために用いられる。また、試料ステージ１０８上には異物回収部材１１９が設けられている。異物回収部材１１９は図３に例示するように、試料ステージ１０８の試料１０９の搭載位置以外に設けられる。
　以上のような構成からなる走査電子顕微鏡内にて異物を回収する手法について、以下に説明する。なお、以下の実施例は走査電子顕微鏡を例にとって説明するが、それに限られることはなく、例えばイオンビームをプローブとする集束イオンビームのような他の荷電粒子線装置の異物回収に適用することも可能である。
　図２は異物の収集、及び回収工程を示すフローチャートである。まず、試料室１０７より、試料１０９を搬出し、真空バルブ１１４を閉じる（ステップＳ２０１、Ｓ２０２）。次に、対物レンズに通常使用する時以上の磁界の形成、及び／又は対物レンズ周辺に配置した電極に通常使用する時以上の電界をかけることで、試料室内に存在する異物を対物レンズと対物レンズ周辺に配置した電極に付着もしくはそれら周辺に引き寄せる（ステップＳ２０３）。異物を収集するための電界は例えば電界形成用電極１１８へ、電子顕微鏡として用いる場合と比較して大きな電圧を印加する。電子顕微鏡として装置を使用する場合は、ビームを細く絞るために対物レンズの励磁電流等を制御するが、本例の場合、異物を収集することを目的として磁界等を発生させるため、集束条件等に寄らず、収集効率を優先して、電子顕微鏡として装置を用いる場合と比較して、大きな電界、或いは磁界を形成する。すなわち、ビームを照射する場合と比較して、大きな電圧の印加や大きな電流の供給によって、異物の収集効率を高めることが可能となる。
　図５Ａ、図５Ｂは、強い電界等を形成することによる異物の収集前後の異物５０１の位置を示す図である。図示するように、対物レンズ１０６の強励磁、或いは電界形成用電極１１８への高電圧印加によって、異物５０１が対物レンズ１０６や電界形成用電極１１８に異物が集まってくる。対物レンズには金属系の異物が、対物レンズ周辺に配置した電極には帯電を帯びた絶縁性や非導通の異物が引き寄せられるため、これらを漏れなく除去するためには、対物レンズの強励磁と、電界形成用電極への強電圧印加を併せて行うことが望ましい。
　異物を付着もしくは周辺に引き寄せた後、光軸中心が電圧印加可能な専用の台の真上に来るようにステージを移動する（ステップＳ２０４）。この場合、異物が最も集中している対物レンズの電子ビームが通過する通過開口の直下に、異物回収部材１１９が位置付けられるように、試料ステージ１０８を移動する。次に、異物回収部材１１９が対物レンズ１０６のビーム通過開口下に位置づけられた状態で、対物レンズ１０９の磁界をOff、或いは相対的に弱励磁にし、対物レンズ周辺に配置した電極への電圧印加によって電界を形成し、異物を異物回収部材１１９に強制落下させる。図５Ｃは、電界制御によって異物回収部材１１９に異物が落下した状態を示す図である。
　本実施例の場合、対物レンズの磁界をOffにしてから対物レンズ周辺に配置した電極とステージ周辺に配置した電極間の電位差を周期的に最大と最小にすることで電圧印加可能な専用の台に異物を強制落下させる。対物レンズの磁界を切るのは異物が対物レンズに付着する力を弱めると同時に強制落下させた異物が対物レンズに再付着することを抑制するためである。
　対物レンズ周辺に配置した電極とステージ周辺に配置した電極で電位差を発生させる際、両電圧もしくはどちらか一方の電圧で電位差を発生させることも可能である。例えば対物レンズ周辺に配置した電極の電圧を５ｋＶ、ステージ周辺に配置した電極の電圧を０ｋＶにすれば電位差は５ｋＶとなる。対物レンズ周辺に配置した電極の電圧を５ｋＶ、ステージ周辺に配置した電極の電圧を－５ｋＶにすれば電位差は１０ｋＶとなる。対物レンズ周辺に配置した電極の電圧を０ｋＶ、ステージ周辺に配置した電極の電圧を－５ｋＶにすれば電位差は５ｋＶとなる。つまり、電位差は種種の方法で発生できる。しかしながら、どちらか一方のみで高い電位差を発生させるためには大型の電源を具備する必要がある。そのため、２つの電圧でより高い電位差を発生させることが望ましい。
　図１３は、異物回収時の各電極に印加する電圧の時間変化を示すタイムチャートである。Ｖｂは電界形成用電極１１８への印加電圧であり、Ｖｒは試料ステージ内に内蔵されるリターディング電極への印加電圧である。図１３に例示するように、ＶｂとＶｒを、同期して変化させると共に、両電極間の電位差が最大（|Ｖｂ|＋|Ｖｒ|）、最小（０Ｖ）を繰り返すように、印加電圧を制御することによって、異物落下をより促進することが可能となる。なお、図１３のＶｂ１、Ｖｒ１は電子顕微鏡による測定や観察を行う場合の印加電圧の最大値である。このように電子顕微鏡として用いる場合に使用する電圧範囲を超えた大きな電圧を印加することによって、異物落下の確実性を高めることが可能となる。
　図６は、リターディング電圧が印加されるリターディング電極５０２が内蔵された試料ステージの一例を示す図である。リターディング電極５０２は上述したステージ周囲に配置した電極の一態様である。また、図６の例では、通常のリターディング電圧電源６０１に加え、強電界発生用の補助電源６０２が設けられている。上述のようにリターディング電極５０２への印加電圧の制御によっても、異物の強制落下は可能であるが、異物回収部材１１９から見ると試料ステージ１０８中心側の電位が高くなるため、異物回収部材１１９の周囲には電位勾配が形成され、落下異物が偏向される可能性がある。図６の例によれば、異物回収時に、制御装置１２０によってスイッチ６０３を切り換え、異物回収部材１１９自体を高電位とすることによって、上述のような電位勾配をなくすことが可能となる。
　対物レンズ周辺に配置する電極は、電界形成用電極１１８のような対物レンズのレンズ主面より電子源側に配置されると共に試料に対面する電極に限らず、対物レンズのレンズ主面、或いはその下に位置する電極等によって代用することができる。図７は、対物レンズ１０６の磁極下に電界形成用電極７０２を設けた例を示す図である。図８、図９は電界形成用電極７０２の設置例を更に詳細に説明する図である。図８は対物レンズ１０６のビーム通過開口内部に電子ビームを加速させる加速筒８０１が設置されている例を示す図である。異物回収時の電界制御は、電界形成用電極７０２、及び／又は加速筒８０１に印加される電圧の制御によって行うことができる。また、図９は対物レンズ１０６の上磁極９０１と下磁極９０２を分割し、上磁極９０１に選択的に高電圧を印加することで、電子ビームを加速させる対物レンズの構造を示す図であるが、上磁極９０１、及び／又は電界形成用電極７０２に印加される電圧の制御によって、異物回収時の電界制御を行うようにしても良い。その他、２次電子の軌道を制御するための電極などを異物回収時の電界制御電極とするようにしても良い。
　ステージ周辺に配置する電極は、リターディング電極５０２や異物回収部材１１９以外の他の電極で代用できる。具体例を図１０に示す。図１０は、電子ビームカラム１００１と真空試料室１００２からなる電子顕微鏡の、真空試料室１００２の底部に電界形成用電極１００３を配置した例を示している。但し、試料室底に配置した電極を利用する場合、対物レンズ周辺に配置した電極との距離が長くなるため、異物の強制落下にはより大きな電圧が必要になる。上記のようにリターディング電極と試料室底に配置した電極などでも異物回収は可能であるが、使用する電極の上面に電圧印加可能な専用の台を配置する必要がある。
　対物レンズに通常使用する時以上の磁界を発生させることで、異物を対物レンズに付着もしくはその周辺に引き寄せることができる。この際、より高磁界であるほど異物付着もしくは引き寄せの効率が高いため、対物レンズにより高磁界をかけられることが望ましい。
　対物レンズ周辺に配置した電極に通常使用する時以上の電界を発生させることで、異物を対物レンズ周辺に配置した電極に付着もしくはその周辺に引き寄せることができる。この際、より高電界であるほど異物付着もしくは引き寄せの効率が高いため、対物レンズ周辺に配置した電極により高電界をかけられることが望ましい。
　異物を付着もしくは引き寄せる際、ステージ周辺に配置する電極に電圧は印加しない。ステージ周辺に配置する電極に異物を付着もしくはその周辺に異物を引き寄せても電圧印加可能な専用の台に強制落下できないためである。
　電圧印加可能な専用の台に異物を強制落下する際、電位差が高いほど強制落下の効率が高いため、対物レンズ周辺に配置した電極とステージ周辺に配置した電極間に高い電位差を発生させられることが望ましい。
　異物を強制落下させる際、強制落下させた異物が電圧印加可能な専用の台の上面に当たることで跳ねかえり、再度試料室中に浮遊する可能性があるため、電圧印加可能な専用の台の上面はメッシュ構造になっていると集塵効率が良い。また、より高い電位差を発生させるためには、より対物レンズ周辺の電極に近くなるように高さを設定することが望ましい。この時、レンズ系に接触・干渉しないように設計する必要がある。
　異物を強制落下させる際、電圧印加可能な専用の台に集塵した異物が再度試料室中に浮遊しないように電圧印加可能な専用の台内部に薄く真空グリスを塗布したり、異物吸着のために電圧印加可能な専用の台内部に電界と磁界を発生させられたりすることが望ましい。この際、１次電子及び２次電子に干渉しないように設計する必要がある。
　図４は異物回収部材１１９の一例を示す図である。異物回収部材１１９は容器状となっており、少量の真空グリスの収容や塗布が可能となっている。また、内部にはメッシュ電極４０１が設けられ、異物回収時の電界制御を行うための電圧の印加が可能となっている。
　異物の回収は、電圧印加可能な専用の台に集塵せずに、異物をステージ上のベアウェーハや、試料室外部からの導入が可能な異物回収部材を用いて行うこともできる。図１１は試料ステージ１０８上に、試料室外部から搬入した異物回収部材１１０１を搭載した例を示す図である。表面積の大きな異物回収部材を適用することによって、異物回収効率を向上させることができる。
　図１２は、異物回収部材１１０１を用いた異物回収工程を示すフローチャートである。まず、試料を搬出した後、真空バルブ１１４を閉じる（ステップＳ１２０１、Ｓ１２０２）。次に対物レンズに異物を収集するための電界制御及び／又は磁界制御を行い（ステップＳ１２０３）、その状態を維持しつつ、真空バルブ１１４を開放し、異物回収部材１１０１を導入する（ステップＳ１２０４、Ｓ１２０５）。その後、真空バルブ１１４を閉じ、異物回収部材１１０１が対物レンズのビーム通過開口下に位置付けられるように、試料ステージ１０８を移動する（ステップＳ１２０６、Ｓ１２０７）。次に、異物回収部材１１０１が対物レンズ１０６のビーム通過開口下に位置づけられた状態で、対物レンズ１０９の磁界をOff、或いは相対的に弱励磁にし、対物レンズ周辺に配置した電極への電圧印加によって電界を形成し、異物を異物回収部材１１０１に強制落下させる（ステップＳ１２０８）。その後、真空バルブ１１４を開放し、異物回収部材１１０１を搬出する（ステップＳ１２０９、ステップＳ１２１０）。
　図１２のような工程を経て異物を回収することによって、異物回収部材を試料室内に常駐させることなく、高効率に異物除去を行うことができる。
　また、図１１の例によれば、異物回収部材１１０１を試料ステージ１０８に載せた状態で、異物回収のための電界制御を行うと共に、異物回収部材１１０１の移動可能範囲を走査するように、試料ステージ１０８を移動することによって、試料室内の広範囲に亘って異物除去処理を行うことができる。しかし、強制落下のタイミングごとにベアウェーハ等を搬送することは、装置のスループットを低下させる一因となる場合があるため、予め試料室内に異物除去部材を設けておくことが望ましい。
　また、異物回収部材等を用いずに、単に試料室底などに強制落下のみさせることもできるが、強制落下させたのみでは異物が再度試料室中に浮遊する可能性があるため、電圧印加可能な専用の台に集塵することが望ましい。
　集塵の実運用としてはスループットに影響を与えないことが必須である。具体的に半導体製造ラインは大量の製品ロットを処理するため、それらの処理を阻害することなく集塵しなければならない。
　具体的な例を記載する。ＣＤ－ＳＥＭが設置されている半導体製造ラインでは製品ロットは自動搬送されており、ＣＤ－ＳＥＭは処理待ちの製品ロットを把握することができる。そのため、処理待ちの製品ロットがない場合のみ製品ロット処理後に１回集塵を実行する。また、半導体製造ラインによっては、処理するロットの数自体が少ない場合もある。このようなケースでは試料室内は清浄な雰囲気を維持できている可能性が高く、処理ロットごとに集塵する必要がないため、集塵するタイミングに一定の閾値を設定できることが望ましい。例えば、前回の集塵から１週間が経過もしくは製品ロット処理数が５００枚を超え、かつ処理待ちの製品ロットが無い場合に製品ロット処理後に１回集塵を実行するなどである。さらに、装置起動及び再起動を集塵のトリガにすることもできる。
　一方、半導体製造プロセスの関係上、異物除去のための洗浄をしていない工程や材質の関係でアウトガスが多い製品ロットを処理する可能性がある。このような場合には一定測定間隔ごとに集塵を実行したり、真空度の悪化が見られた時に集塵したりすることが望ましい。
　上記記載は実施例についてなされたが、本発明はそれに限らず、本発明の精神と添付の請求の範囲の範囲内で種々の変更および修正をすることができることは当業者に明らかである。
　１０１…電子源
　１０２…引出電極
　１０３…電子ビーム
　１０４…コンデンサレンズ
　１０５…走査偏向器
　１０６…対物レンズ
　１０７…試料室
　１０８…試料ステージ
　１０９…試料
　１２０…制御装置
 

Claims (11)

  1. 　荷電粒子源から放出される荷電粒子ビームを集束する対物レンズと、
    　当該対物レンズのレンズ強度を制御する制御装置と、
    　前記荷電粒子ビームの照射対象である試料周囲の雰囲気を真空に維持する真空室と、
    　前記試料が配置されるステージ、或いは真空室内に、異物を回収する異物回収部材とを備え、
    　前記制御装置は、当該異物回収部材が前記対物レンズのビーム通過開口下に位置付けられるように、前記異物回収部材、或いはステージを移動させ、前記異物回収部材が前記対物レンズのビーム通過開口下に位置付けられた状態で、当該異物回収部材と前記対物レンズ、或いは前記ステージと前記対物レンズとの間に電位差が形成されるように、前記異物回収部材若しくは前記ステージと対物レンズとの間に電位差を発生させる電極、及び／又は磁極に電圧を印加する荷電粒子線装置。
  2. 　前記制御装置は、前記異物回収部材が前記対物レンズのビーム通過開口下に位置付けられた状態で、前記当該異物回収部材と前記対物レンズ、或いは前記ステージと前記対物レンズとの間の電位差を周期的に変化させることを特徴とする、請求項１に記載の荷電粒子線装置。
  3. 　前記制御装置は、前記異物回収部材への印加電圧、前記ステージへの印加電圧、前記試料に対面する対面電極への印加電圧、或いは前記荷電粒子ビームを加速させる加速筒への印加電圧の少なくとも１つを制御することによって、前記電位差を発生させる、請求項１に記載の荷電粒子線装置。
  4. 　前記制御装置は、前記電位差を形成する前に、前記対物レンズの励磁、及び／又は前記ステージと対物レンズとの間に電位差を発生させるための電極への電圧の印加を行う、請求項１に記載の荷電粒子線装置。
  5. 　前記制御装置は、前記電位差を形成する前に、前記試料にビームを照射する場合と比較して大きな電流を前記対物レンズに供給することによる前記対物レンズの励磁を行う、請求項４に記載の荷電粒子線装置。
  6. 　前記制御装置は、前記電位差を形成する前に、前記試料にビームを照射する場合と比較して大きな電圧を、前記ステージと対物レンズとの間に電位差を発生させるための電極、及び又は磁極に印加する、請求項４に記載の荷電粒子線装置。
  7. 　前記異物回収部材は、前記ステージ、或いは前記真空室内に設置されている、請求項１に記載の荷電粒子線装置。
  8. 　前記異物回収部材には真空グリスが塗布されている、請求項７に記載の荷電粒子線装置。
  9. 　前記異物回収部材には、メッシュ状の電極が設けられている、請求項７に記載の荷電粒子線装置。
  10. 　荷電粒子線装置の真空室内の異物を除去する荷電粒子線装置内の異物除去方法であって、
    　荷電粒子ビームを集束する対物レンズのビーム通過開口下に、異物を回収するための異物回収部材が位置付けられるように、当該異物回収部材、或いは試料が配置されるステージを移動し、
    　前記異物回収部材が前記対物レンズのビーム通過開口下に位置付けられた状態で、当該異物回収部材或いはステージと、前記対物レンズとの間に電位差を形成する、
    　荷電粒子線装置内の異物除去方法。
  11. 　荷電粒子源から放出される荷電粒子ビームを集束する対物レンズと、
    　当該対物レンズのレンズ強度を制御する制御装置と、
    　前記荷電粒子ビームの照射対象である試料周囲の雰囲気を真空に維持する真空室と、
    　前記試料が配置されるステージ、或いは真空室内に、異物を回収する異物回収部材とを備え、
    　前記制御装置は、当該異物回収部材が前記対物レンズのビーム通過開口下に位置付けられるように、前記異物回収部材、或いはステージを移動させ、前記異物回収部材が前記対物レンズのビーム通過開口下に位置付けられた状態で、当該異物回収部材と前記対物レンズ、或いは前記ステージと前記対物レンズとの間に周期的に変化する電位差が形成されるように、前記異物回収部材、前記ステージと対物レンズとの間に電位差を発生させる電極、及び／又は磁極に電圧を印加する
    　荷電粒子線装置。
     
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