JP4681291B2 - 荷電粒子線装置およびそのコンタミネーション除去方法 - Google Patents

Description

本発明は、荷電粒子線照射により試料が汚染し像観察の支障となり易い半導体ウェーハやフォトマスク等の表面の観察、検査を行う荷電粒子線装置およびそのコンタミネーション除去方法に関するものである。

従来、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等の電子線装置において、電子線照射に伴う試料汚染、いわゆるコンタミネーションにより像観察に支障をきたすことは良く知られている（非特許文献１参照）。これは、試料の表面に浮遊、吸着したハイドロカーボンに電子線が衝突しカーボンとなって試料上に堆積するためといわれている。このハイドロカーボンは、装置内の部品から放出されたガスからのみならず、既に汚染された試料によりＳＥＭ内に持ち込まれたものであることも多いと考えられる。それによりコンタミネーションの生成速度が通常よも大幅に大きくなることもしばしば観察される。

電子線装置におけるコンタミネーション対策としては下記の例がある。
（１）低温汚染防止装置：電子線で照射される試料の周囲を低温（例えば液体窒素温度）にした金属板を設けてハイドロカーボンを吸着させ、試料のコンタミネーションを低減させる。

（２）部品の洗浄、ガス出し：試料室内の部品を溶剤により超音波洗浄を行い、更に、高温にしてガス出し後、装置内に組み込むことで、放出されるハイドロカーボンを減らし、試料のコンタミネーションを低減させる。

上記（１）、（２）の対策後でも試料へのコンタミネーションの低減が十分でない場合がある。特に、半導体ウェーハやフォトマスクの表面の観察やパターン測長においては、同一個所を複数回測定するが、電子線照射に伴うコンタミネーションによりパターン寸法が変化し、その変化量がわずかであっても、許容できない測長値の再現精度の低下を招くことがある。

（３）ダウンフロー型アッシャー：Ｏ２とＣＦ４の混合がガスから、高周波放電により活性酸素を生成させ、反応させることによりコンタミネーションを除く（非特許文献２参照）。この手法では、最適化制御が難しく、半導体ウェハーやフォトマスクの表面の観察やパターン測長においては、むしろエッチングによる測長値の再現精度の低下を招くと思われる。

以上のように、電子線照射装置における従来のコンタミネーション対策は十分とはいえなかった。

一方、半導体製造において、Ｓｉ基板の表面上の有機物の、紫外線照射による乾式洗浄方法は良く知られている。この原理は以下のようである。即ち、紫外線により、酸素Ｏ２が活性酸素Ｏに解離する。この活性酸素により、有機物が酸化分解されて揮発し、除去される。特に、エキシマランプからの紫外線（波長１７２ｎｍの真空紫外線）照射により洗浄する方法が効果的であることが知られている（非特許文献３参照）。この文献には、大気中では、エキシマランプ窓面と試料との距離を数ｍｍ以下にして、試料表面の活性酸素の密度を増すと洗浄効果が増大すること、また、当該距離を大きくすると、大気による紫外線の吸収により試料表面に照射する紫外線量が減り、表面付近で生じる活性酸素が減るため、洗浄効果が低減することが示されている。

しかしながら、荷電粒子線装置におけるコンタミネーションを除去、防止に紫外線照射が用いられることはなかった。
電子顕微鏡（１９８１） Ｖｏｌ．１６，Ｎｏ．１，ｐ２ 学振１３２委員会第１１７回研究会資料（１９９１）ｐ１３７ 照明学会誌論文号（１９９９）Ｖｏｌ．８３、Ｎｏ．５

本願発明は、大気圧、減圧下、あるいは酸素などのガス環境下において、試料に紫外線を照射して、荷電粒子線の照射により生じる試料のコンタミネーションの防止、除去あるいは低減し、測長装置などにおける操作性やスループットの低下を招くことなく、半導体ウェハーやフォトマスクのパターンの測長再現性などを向上させることを目的としている。

本発明は、これらの問題を解決するため、荷電粒子線を試料に照射して試料から放出される２次電子等を検出して画像を生成する荷電粒子線装置において、試料の試料室への自動搬送前後に、大気中、減圧室内、酸素ガス等のガス導入室内、あるいは減圧、さらには酸素等のガスを導入した試料室内で、紫外線を試料に一定時間照射し、試料のコンタミネーションの防止、除去あるいは低減を図るようにしている。

本発明は、試料のコンタミネーションを低減する荷電粒子線装置において、試料の荷電粒子線による観察前後において、エッチングすることなく、コンタミネーションを除去、低減し、パターンの測長の再現精度などを向上させることが可能となると共に、試料の自動搬送に連動して操作性、スループットを向上させることが可能となる。

エキシマランプをフォトマスク用の測長ＳＥＭに適用した。エキシマランプによる紫外線を、ＳＥＭ観察によりコンタミネーションが付着したフォトマスクに照射したところ、コンタミネーションが低減あるいは除去され、測長の再現精度が向上した。以下、荷電粒子線として電子線を例に順次詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例構成図を示す。図示の構成図は、フォトマスク用の測長ＳＥＭの部分平面図を示す。

図１の（ａ）は、予備排気室１５あるいは試料室１６の一方あるいは両者で、試料（マスク）１２に紫外線を一定時間、照射し、試料１２のコンタミネーションを除去するときの構成図を示す。

図１の（ａ）において、ＳＭＩＦポッド１１は、試料１２である、ここでは、マスク（フォトマスク）をクリーン状態（塵埃の付着しない状態）で複数枚、収納して搬送するための箱である。

試料（マスク）１２は、紫外線を一定時間、表面に照射してコンタミネーションを除去（電子線照射などにより付着したコンタミネーションを除去、およびコンタミネーションの元となるハイドロカーボンを除去の両者を含む、以下同一）する対象の試料（マスク）である。

搬送ロボット１３は、ＳＭＩＦポッド１１の扉を開けて所定の試料（マスク）１２を取り出し、ここでは、搬送ステージ１４に搬送したり、逆に搬送ステージ１４上の試料２をＳＭＩＦポッド１１に搬送して扉を閉めたりするロボットである。

搬送ステージ１４は、試料（マスク）１２を固定し、以降の工程の予備排気室１５、試料室１６、更に、逆方向に搬送するときのステージ（試料１２の搬送用の固定台、固定ケース）である。

予備排気室１５は、大気から空気を排気あるいは真空から大気にリークし、高真空の試料室１６に試料１２を搬入あるいは搬出するための予備に排気する部屋であって、ここでは、紫外線照射ユニット２１を設けて試料１２の搬送時に自動的に紫外線を一定時間照射してコンタミネーションを除去するための部屋である。

紫外線照射ユニット２１は、予備排気室１５に設置したものであって、予備排気室１５内に搬入された試料１２を、一定時間、紫外線照射し、コンタミネーションを除去するためのものである。尚、紫外線照射ユニット２１は予備排気室１５にて、マスク１２の横に図示したが、実際にはマスク１２の上方に配置される（いずれにしても、マスク１２の全表面を照射できればよい）。

試料室１６は、細く絞った電子線ビームを試料（マスク）１２に照射しつつ走査（線走査あるいは平面走査）し、試料１２から放出された２次電子を検出して画像を表示するための部屋であって、ここでは、鏡筒１７、紫外線照射ユニット２２などから構成されるものである。

鏡筒１７は、電子線ビームを細く絞って試料１２面上に照射した状態で、走査（線走査、面走査）し、画像を生成するためのものである（図３参照）。

紫外線照射ユニット２２は、試料室１６に設置したものであって、試料室１６内に搬入された試料１２を、一定時間、紫外線照射し、コンタミネーションを除去するためのものである。尚、紫外線照射ユニット２２は試料室１６にてマスク１２の横に図示したが、実際にはマスク１２の上方に配置される（いずれにしても、マスク１２の全表面を照射できればよい）。また、図１の（ａ）での取付位置は、試料室１６の上板のどこであってもよい。また、鏡筒側方に設置された紫外線照射ユニット２５を、コンパクトな重水素ランプで構成し、マスク１２の面上の電子線照射点付近に紫外線を照射するようにしてもよい。

以上の構成のもとで、予備排気室１５、試料室１６の一方、あるいは両者で紫外線照射ユニット２１，２２，２５により試料１２の表面を一定時間、紫外線を照射し、発生した活性酸素等により試料１２の表面のコンタミネーションを除去することが可能となる。

図１の（ｂ）は、中間室２４で、試料１２に紫外線を一定時間、照射し、試料１２のコンタミネーションを除去するときの構成図を示す。図中の、ＳＭＩＦポッド１１、試料（マスク）１２、搬送ステージ１４、予備排気室１５、試料室１６、鏡筒１７は、図１の（ａ）の同一番号のものと同じであるので、説明を省略する。

図１の（ｂ）において、搬送ロボット１３は、ＳＭＩＦポッド１１の扉を開けて所定の試料（マスク）１２を取り出し、ここでは、搬送ステージ１４あるいは中間室２４に搬送したり、中間室２４と搬送ステージ１４の間で試料１２を搬送したり、搬送ステージ１４あるいは中間室２４の試料１２をＳＭＩＦポッド１１に搬送して扉を閉めたりなどするロボットである。

中間室２４は、試料１２を入れて、紫外線照射ユニット２３により一定時間、紫外線を照射するための部屋であって、紫外線照射ユニット２３などから構成されるものである。

紫外線照射ユニット２３は、中間室２４に設置したものであって、中間室２４内に搬入された試料１２を、一定時間、紫外線照射し、コンタミネーションを除去するためのものである。

以上の構成のもとで、中間室２４で紫外線照射ユニット２３により試料１２の表面を一定時間、紫外線を照射し、発生した活性酸素等により試料１２の表面のコンタミネーションを除去することが可能となる。

図２は、本発明の動作説明フローチャート（図１の（ａ））を示す。図２のＳ１からＳ１０の各ステップは、図１の（ａ）の１から１０にそれぞれ対応する。

図２において、Ｓ１は、ＳＭＩＦポッド１１からｏｕｔする。
Ｓ２は、搬送ステージ１４にｏｎする。これらＳ１、Ｓ２は、図１の（ａ）の搬送ロボット１３が、ＳＭＩＦポッド１１を開状態にして所定の試料（マスク）１２を取り出して搬送し、搬送ステージ１４に載せる。

Ｓ３は、予備排気室１５にｉｎする。これは、Ｓ２で搬送ステージ１４に載せた試料１２を、当該搬送ステージ１４と一緒に予備排気室１５に図示外の搬送機構で自動搬入する。

Ｓ４は、紫外線照射する。これは、Ｓ３で予備排気室１５に入れた試料１２（搬送ステージ１４に載せた試料１２）に、当該予備排気室１５に設置した紫外線照射ユニット２１で当該試料１２の全面に一定時間、紫外線を照射し、コンタミネーションを除去する。

Ｓ５は、試料室１６にｉｎする。これは、Ｓ４で紫外線照射してコンタミネーションを除去した試料１２（搬送ステージ１４に載せた試料１２）を試料室１６に入れ、鏡筒１７の所定位置（測長、画像撮影の位置）に移動する。

Ｓ６は、測長する。これは、Ｓ５で鏡筒１７の所定位置に入れた試料１２について、指定されたパターンの寸法の測長を行う（図５で後述する）。

Ｓ７は、試料室１６からｏｕｔする。
Ｓ８は、予備排気室１５からｏｕｔする。

Ｓ９は、搬送ステージ１４からｏｕｔする。
Ｓ１０は、ＳＭＩＦポッド１１に入れる。これらＳ７、Ｓ８、Ｓ９Ｓ１０は、試料１２をＳＭＩＦポッド１１から試料室１６に搬入したと逆の手順で、試料室１６からＳＭＩＦポッド１１に搬入する。

ここで、予備排気室１５は搬送ステージ１４に載せた状態の試料（マスク）１２について、当該予備排気排気室１５の上部には１７２ｎｍの波長の紫外線を発光するエキシマランプが設置されている。エキシマランプの周囲は、大気中の酸素による紫外線の吸収を防止するため窒素雰囲気にし、石英窓を介して紫外線がマスク（試料）１２に照射されるように構成されている（後述する図４の（ａ）参照）。予備排気室１５がドライポンプ等の低真空ポンプにより粗排気されると共に、紫外線がマスク（試料）１２の全面に照射される（Ｓ３、Ｓ４）。粗排気中に紫外線が照射されるため、スループットを損なうことがなくハイドロカーポン等の汚れを除去できる。紫外線によりマスク（試料）１２の表面付近に活性酸素が生成され、マスク（試料）１２の表面の有機物がＣＯ２，Ｈ２Ｏとなって揮発性となり排気、洗浄される。予備排気室１５の圧力は、大気圧の場合よりも、０．１Ｔｏｒｒ程度まで排気したほうが、洗浄効果が増した。マスク（試料）１２の面と石英窓の距離は、１ｃｍ程度あったため、大気中では、紫外線の吸収が大きく、マスク（試料）１２の表面付近の活性酸素が著しく減るが、減圧することにより、紫外線の吸収が減り、マスク（試料）１２の表面付近の活性酸素を効果的に生じさせたためと考えられる。更に、洗浄効果を増すために、減圧した状態で予備排気室１５に酸素Ｏ２やオゾンＯ３等のガスを適量導入してもよい。洗浄、粗排気後、ターボモレキュラーポンプ等（オイルレスの真空排気ポンプ）の高真空ポンプにより真空を本排気する。

そして、予備排気室１５と試料室１６との間の弁を開け、マスク（試料）１２を試料室１６内の図示外の試料ステージに搬送する（Ｓ５）。図５の（ａ）に示すように、マスク（試料）１２の表面上の予め設定した測定点Ｍ付近を鏡筒１７の直下に移動し、例えばラインの線幅Ｌを像観察し、測長する。設定個所を複数回繰り返し測長する（Ｓ６）。像観察、測長を終了し、試料室１６から予備排気室１５に戻す（Ｓ７、Ｓ８）。予備排気室１５を真空リークした後、予備排気室１５から出されたマスク（試料）１２はＳＭＩＦポッド１２に戻され、一連の像観察、測長は終了する。

図２の実施例では、測長の前、即ち電子線照射の前に紫外線をマスク（試料）１２の全面に照射して汚染（コンタミネーション）を除去している。この理由は、マスク（試料）１２であるフォトマスクの表面には、図２の処理の前の、ＳＥＭ観察以外の何らかの工程で、ハイドロカーポン等の汚れが既に付着しており、これが図１の（ａ）の装置内に持ち込まれてコンタミネーションがマスク（試料）１２の表面に生成されることがあると考えられるため、電子線照射前に予めマスク（試料）１２の表面の全領域から予め除去したものである。もちろん、マスク（試料）１２の表面が、前の工程でＳＥＭ観察、測長により電子線照射に伴い発生したコンタミネーションを被っている場合であっても、当該コンタミネーションと、更に、コンタミネーションの元となるハイドロカーボン等の付着物を紫外線照射して活性酸素で揮発性のガス（例えばＣＯ２，Ｈ２Ｏなど）にして除去（真空排気して除去）できるという顕著な効果がある。

また、電子線照射汚染の履歴がなく、ハイドロカーボン等の汚れがマスク（試料）１２の表面に付着していない場合には、測長前の紫外線照射を省き、測長後の紫外線照射のみにしてもよい（図２とは逆に、紫外線照射は、測長前は省き、測長後は行う（図６（ａ）で後述））。この場合には、予備排気室１５で真空リークしている時に紫外線をマスク（試料）１２の表面の全面に照射し、スループットを損なうことなく、像観察、測長に伴って生じたコンタミネーションを除去、低減する。

また、図２の処理において、マスク（試料）１２への紫外線照射によるコンタミネーション除去が十分でない場合、Ｎ回の測長後、測長値Ｌの平均は、次第に増加することがある（図５の（ｂ））。測長後の増加分△Ｌ（＝ＬＮ−Ｌｌ）が予め設定した基準値△Ｌｓを超える場合には、図６の（ｂ）で示すように、マスク（試料）１２を試料室１６から予備排気室１５に搬出し、真空リーク後、再度紫外線を照射、洗浄後、再び試料室１６に搬入して測長することにより、測長再現性を向上させることが可能である。また、図２、更に、後述する図６の（ａ），（ｂ）で示す一連の処理は、予め設定したレシピにより自動的に行われるため、操作性を損なうことはない。

また、紫外線照射時の予備排気室１５の真空圧力値を、紫外線照射による洗浄効果が大きくなるように制御することも可能である。例えば、真空ゲージの測定値が１Ｔｏｒｒを保つように、一定時間、ノズルからマスク（試料）１２の表面に酸素を導くようにする。更に、測長回数、ビーム電流等のマスク（試料）１２を電子線で照射する照射条件、マスク種類等に応じて、紫外線の照射時間、照射回数を実験で予め求めて最適値を設定するようにしてもよい。

図３は、本発明の説明図を示す。これは、図１の（ａ），（ｂ）の鏡筒１７、試料室１６の構成例を示す。

図３において、電子線１は、電子銃５２から放出され集束レンズ６３で集束され、更に、対物レンズ６２で試料１２の表面に焦点合わせされた細く絞ったビーム状の電子線であって、ここでは、図示外の偏向系で当該試料１２上を走査（Ｘ方向あるいはＹ方向の一方に走査（線走査）、または、Ｘ方向およびＹ方向に走査（面走査））するものである。そして、電子線１を試料１６上を走査したときに放出された２次電子を、２次電子検出器４５で検出していわゆるラインプロファイル像、あるいは２次電子画像を図示外の表示装置上に表示する。

集束レンズ６３は、電子銃５２から放出された電子線を集束するものである。
対物レンズ６２は、電子線１を試料１２上に細く絞った状態で照射するものである。この細く絞られた電子線１は、図示外の偏向系で線走査あるいは面走査される。

試料１２は、観察対象および測長対象の試料であって、例えばウェハ、フォトマスクなどである。

電子銃５２は、例えばフィールドエミッション型の電子銃であって、先端の尖った陰極に高電界を印加して電子を引き出して加速して放出するものである。

電子銃室５３は、電子銃５２を格納する室であって、イオンポンプ５５によって高真空に排気されるものである。

オリフィス５４は、小さな孔であって、電子銃５２から放出された電子線１を通過させると共に、電子銃室５３と、第１中間室５６との間の圧力差（例えば１０−２から１０−３Ｔｏｒｒ）を保持するためのものである。

第１中間室５６は、電子銃室５３と第２中間室５９との間に設けた室であって、イオンポンプ５８で真空排気するものであり、下方に設けた小さな孔であるオリフィス５７との作用により、電子銃室５３の真空圧力を小さく保持するためのものである。

第２中間室５９は、対物レンズ６２の上に設けた室であって、ここでは、２次電子検出器４５を設けた室である。

排気管６０は、第２中間室５９を真空排気する図示外の排気系に接続（ターボモレキュラーポンプなど）に接続するものである。

２次電子検出器４５は、試料１２に電子線１を照射したときに放出された２次電子４４に対して、正の高電界を印加して対物レンズ６２の中心軸の近傍を螺旋（対物レンズ６２の磁界により螺旋）させながら上方向に移動させて高効率に当該２次電子４４を検出するものである。

試料室１６は、試料１２などを収納して真空に保持する室である。
周囲空間５０は、試料１２上の電子線１を線走査あるいは平面走査する領域の周囲の空間であって、図示外の紫外線照射ユニット２２（図１の（ａ）参照）で紫外線を試料１２の表面に照射して当該試料１２上のコンタミネーションを除去、低減するための空間である。この際、図示しないが、酸素（あるいは空気）をノズルから当該試料１２の表面に噴射し、紫外線照射により活性酸素を発生させて試料１２の表面のコンタミネーションを揮発性のガス（例えばＣＯ２，Ｈ２Ｏなど）にして除去、低減するようにしている。

オリフィス６１は、試料室１６にガスを導入して圧力を上昇させたときに、第２中間室５９へのガスの流入を可及的に小さくするためのものである（通常、試料室１６と、第２中間室５９との間の圧力差（例えば１０−２から１０−３Ｔｏｒｒ）を保持するためのものである）。

以上の構成を持つ鏡筒１７を、図１の（ａ），（ｂ）の同一番号の鏡筒１７に使用する。

図４は、本発明の紫外線照射ユニット（側面図）の例を示す。
図４の（ａ）は、予備排気室１５に設置する紫外線照射ユニット２１の例を示す。

図４の（ａ）において、紫外線ランプ７１は、紫外線を放出するランプであって、例えばエキシマランプである。

石英窓７２は、大気中に設置した紫外線ランプ７１から放出された紫外線をロスなく真空中へ導入する窓であって、石英で作成された紫外線に対するロス（透過ロス）の少ない窓である。

Ｏリング７２は、真空密封するＯリングであって、紫外線ランプ７１の窒素雰囲気側と、マスク１２の真空側とをシールするＯリングである。

マスク１２は、試料１２の一例である。
マスクホルダ７４は、マスク１２を保持するホルダである。

以上の構成からなる紫外線照射ユニット２１を、既述した図１の（ａ）の予備排気室１５に設け、予備排気室１５を粗真空排気中に、レシピに従い自動的に、紫外線ランプ７１を点灯して発生した紫外線が石英窓７２を透過してマスク（試料）１２の表面の全体を一定時間照射し、既述したようにコンタミネーションを除去、低減することが可能となる。

図４の（ｂ）は、中間室２４に設置する紫外線照射ユニット２３の例を示す。
図４の（ｂ）において、紫外線ランプ８１は、紫外線を放出するランプであって、例えばエキシマランプである。

石英窓８２は、窒素雰囲気中に設置した紫外線ランプ８１から放出された紫外線をロスなく中間室２４内へ導入する窓であって、石英で作成された紫外線に対するロス（透過ロス）の少ない窓である。

窓枠８３は、紫外線ランプ８１と中間室２４との間に設けた窓枠である。
マスク１２は、試料１２の一例である。

マスクホルダ８４は、マスク１２を保持するホルダである。
以上の構成からなる紫外線照射ユニット２３を、既述した図１の（ｂ）の中間室２４に設け、中間室２４にマスク１２を入れた状態で、レシピに従い自動的に、紫外線ランプ８１を点灯して発生した紫外線が石英窓８２を透過してマスク（試料）１２の表面の全体を一定時間照射し、既述したようにコンタミネーションを除去、低減することが可能となる。ここで、中間室２４に紫外線照射ユニット２３を設けた場合には、大気中に設置されるマスク（試料）１２である例えばフォトマスクについて、紫外線の大気中の酸素による吸収を防止して洗浄効果を高めるため、紫外線ランプ８１を隔てる石英窓８２の面との距離ｄを１〜２ｍｍに近接させる。図１の（ｂ）の搬送ロボット１３により、中間室２４内のマスクホルダに設置された後、図示していない昇降機構により、マスク１２を上昇させ、マスクホルダ８４を窓枠８３とＡ部にて突き当てることにより、マスク１２の面と石英窓８２の面との距離ｄを規定する（図４の（ｂ））。距離ｄを設定した後、紫外線を例えば３０秒間、マスク１２の表面の全面に照射する。洗浄効果を増すために、中間室２４に酸素やオゾンＯ３等のガスを導入してもよい。ここで、オゾンや活性酸素とマスク１２の表面上のハイドロカーボンとの反応により生じたＣＯ２等のガスを排気するための排気ダクト等の機能を図示しないが機構を設けている。

図４の（ｃ）は、マスクの透過率例を示す。これは、光の波長に対するマスク（試料）１２の透過光の透過率の変化の例を示す。図中の実線の石英ガラスのグラフは、本発明の紫外線照射による洗浄処理を行った部分の透過率を示す。図中の点線の石英ガラスＲは、紫外線照射による洗浄処理を行わなかった部分の透過率を示す。両者はほとんど差異がなく重なっており、例えばＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）による露光に対して、当該両者に差が無いことが判明する。これにより、紫外線照射による石英ガラスからなるマスク（試料）１２に対して、紫外線照射によるコンタミネーション除去を行っても、当該マスク（試料）１２の透過率の変化がないことが判明した。

図５は、本発明の説明図（測長）を示す。
図５の（ａ）は、マスク（６”×６”）上のパターンの線幅などを測長する例を示す。

図５の（ａ）において、マスク１２は、６インチ×６インチの板状のものであって、表面に微細なパターンが形成されている。マスク１２上の測長指定されたパターンについて、下方に拡大したパターンを示す。このパターン上で指定された線幅Ｌを測長する。測長は、既述した図３のＳＥＭ走査側電子顕微鏡を構成する鏡筒１７の下方の試料１２の位置に、図示のマスクを固定し、指定された場所Ｍを中心に移動させ、細く絞った電子線スポットで面走査し、そのときに放出された２次電子を２次電子検出器４５で検出し、表示装置の画面上に走査に同期して当該２次電子検出器２４で検出した信号で輝度変調し、いわゆるＳＥＭ像（２次電子像）を表示し、パターンの欠陥などを観察する。また、測長時は、指定された位置Ｍについて、ライン走査してラインプロファイルを画面上に表示し、測定対象の線の左側と右側のエッジで輝度が高くなるので例えばエッジ部分の距離を測長し、線の幅とするなどの公知のＳＥＭを使用した微細パターンの精密測長を行う。測長は、指定されたパターンの位置Ｍについて、複数回、測長を繰り返す。このとき、測長回数と、そのときの線幅Ｌをプロットすると、図５の（ｂ）のようになる。

図５の（ｂ）は、測長結果をプロットした例を示す。横軸は測長回数Ｎを表し、縦軸はそのときの線幅Ｌを表す。これは、図５の（ａ）の指定された位置Ｍの線幅Ｌを繰り返し測長し、そのときの測長した回数Ｎと、測長した線幅Ｌとをプロットしたものである。測長回数Ｎの増加に伴い、電子線照射によるコンタミネーションが発生して線幅Ｌが徐々にに増加する。従って、最初の測定値Ｌ１からＮ回、繰り返し測長し、Ｎ回目の測長値ＬＮとし、そのときの差ΔＬを求める。この求めたΔＬが、予め実験で求めた精度に対応する値以下のときは、コンタミネーションが規定値よりも少なく、正確な線幅の測長値と判定する。一方、求めたΔＬが規定値よりも大きいときは、不正確な測長値と判定し、破棄し、マスク１２に既述したように、紫外線を照射してマスク１２の表面の汚染（コンタミネーション）を除去する。一度の紫外線照射によるコンタミネーション除去でも十分でないときは所定回数まで繰り返し紫外線照射してコンタミネーション除去する。

図６は、本発明の他の動作説明フローチャートを示す。
図６の（ａ）は、試料（マスク）１２の測長後に紫外線照射してコンタミネーションを除去、低減する例のフローチャートを示す。ここで、Ｓ２１からＳ２６、およびＳ２９からＳ３１は既述した図２のＳ１からＳ６、およびＳ８からＳ１０と同一であるので、説明を省略する。

図６の（ａ）において、Ｓ２７は、予備排気室にｉｎする。これは、電子線ビームをマスク（試料）１２に照射して測長した後、マスク（試料）１２を予備排気室１５に入れる。

Ｓ２８は、紫外線照射する。これは、Ｓ２７で予備排気室１５に入れたマスク（試料）１２に、予備排気室１５に設置した紫外線照射ユニット２１で当該試料１２の全面に一定時間、紫外線を照射し、コンタミネーションを除去する。そして、Ｓ２９からＳ３１でＳＭＩＦポッド１１に搬送する。

以上のように、マスク（試料）１２を測長した後に、予備排気室１５で紫外線を当該マスク（試料）１２に照射し、測長時の電子線照射によるコンタミネーションを除去、低減して綺麗にし、次の工程にマスク（試料）１２を渡すことが可能となる。

図６の（ｂ）は、試料（マスク）１２の測長時に既述した図５の（ｂ）で得た値ΔＬが規定値ΔＬｓよりも大きいときにコンタミネーションが大と判定し、予備排気室１５にマスク（試料）１２を戻して紫外線照射してコンタミネーションを除去、低減し、再度、測長することを繰り返すときのフローチャートを示す。ここで、Ｓ４１、Ｓ４２、Ｓ４４、Ｓ４６、Ｓ４７、Ｓ４９からＳ５２は、既述した図２のＳ１、Ｓ２、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７からＳ１０と同一であるので、説明を省略する。

図６の（ｂ）において、Ｓ４３は、予備排気室１５で粗排気する。これは、１回目は大気圧から粗排気し、２回目以降はＳ４９のＮＯで、複数回、パターンの幅を測長して得た図５の（ｂ）のΔＬが予め規定したΔＬｓよりも大きくてコンタミネーションが大と判明した場合に、Ｓ５３でマスク（試料）１２を予備排気室１５に搬送し、Ｓ５４で予備排気室１５をリークして大気を入れた後、当該Ｓ４３で予備排気室１５を再度、粗排気を開始する。そして、粗排気中に、既述したように、Ｓ４４で紫外線をマスク（試料）１２の表面の全体に一定時間照射し、コンタミネーションを除去、低減し、Ｓ４５で予備排気室１５を本排気した後、Ｓ４６でマスク（試料）１２を試料室１６の所定位置に搬送し、Ｓ４７で測長を繰り返す。ここで、Ｓ５４、Ｓ４３で予備排気室１５をリークして大気圧にした後に粗排気を開始したが、紫外線をマスク（試料）１２に照射してコンタミネーションを除去するに十分なだけの空気（あるいは酸素を含む空気あるいは酸素）を少しリーク（例えば１Ｔｏｒｒまでリーク）して紫外線を照射してコンタミネーションを除去し、粗排気時間を短縮するようにしてもよい。一方、Ｓ４８のＹＥＳの場合には、複数回繰り返して測長した結果が良好（図５の（ｂ）のΔＬが規定値ΔＬｓよりも小さい場合）には、Ｓ４９からＳ５２で既述したように、マスク（試料）１２をＳＭＩＦポッド１１に戻す。

尚、試料室１６の内部で、紫外線を照射してコンタミネーションを除去する場合には、例えば、ＳＥＭ観察（ＳＥＭ測長）後、酸素を局部的にノズルから当該マスク（試料）１の表面に吹き付けるように導入し、電子線を照射した個所を含む領域に紫外線を、紫外線照射ユニット２２で照射し、生じた活性酸素によりコンタミネーションを除去する。電子線を照射した箇所はメモリに記憶しておく。紫外線照射ユニット２２であるエキシマランプを装着するための空間的な余裕がない場合には、コンパクトな重水素ランプを使用し、電子線照射した数ｍｍ径程度の領域に紫外線を照射する。

本発明は、試料のコンタミネーションを低減する荷電粒子線装置、特に、測長装置などにおいて、試料の荷電粒子線による観察前後において、エッチングすることなく、コンタミネーションを低減し、パターンの測長の再現精度などを向上させる共に、試料の自動搬送に連動して操作性やスループットを向上させる荷電粒子線装置および荷電粒子線装置のコンタミネーション除去方向に関するものである。

本発明の実施例構成図である。 本発明の動作説明フローチャート（図１の（ａ））である。 本発明の説明図（鏡筒、試料室）である。 本発明の紫外線照射ユニット例である。 本発明の説明図（測長）ある。 本発明の他の動作説明フローチャートである。

符号の説明

１１：ＳＭＩＦポッド
１２：試料（マスク）
１３：搬送ロボット
１４：搬送ステージ
１５：予備排気室
１６：試料室
１７：鏡筒
２１，２２，２３，２５：紫外線照射ユニット
２４：中間室
７１，８１：紫外線ランプ
７２，８２：石英窓

Claims (7)

1. 荷電粒子線を試料に照射して当該試料から放出される荷電粒子を検出して画像を生成する荷電粒子線装置において、
   前記試料を複数枚収納して搬送するための収納箱と、
   前記試料を搬入して予備排気する予備排気室と、
   前記試料の前記予備排気室に搬入前あるいは搬入後あるいはその両方で、当該試料を搬入する中間室と、
   前記中間室内に搬入した試料の表面を一定時間、紫外線を照射する紫外線照射ユニットと、
   前記収納箱内に収納された前記試料を前記中間室あるいは前記予備排気室との間で相互に搬送、あるいは中間室と予備排気室との間で相互に搬送する搬送ロボットと、
   前記予備排気室を予備排気した状態で、当該予備排気室との間の仕切り弁を開けて前記試料を観察する位置に搬送、あるいは観察する位置に設置されている試料を当該予備排気室に搬送する試料室と、
   前記試料の前記予備排気室への搬入前あるいは搬入後あるいはその両方において前記中間室で前記紫外線照射ユニットにより当該試料の表面に一定時間、紫外線を照射し、当該試料の表面のコンタミネーションを除去する手段と
   を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
2. 前記中間室を減圧あるいは昇圧して試料の表面に一定時間、紫外線を照射す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. 前記試料の搬送に対応して予め設定した手順に従い、前記紫外線照射ユニットにより前記中間室で試料の表面を一定時間、紫外線を照射することを特徴とする請求項１から請求項２のいずれかに記載の荷電粒子線装置。
4. 前記中間室で前記試料の全面に前記紫外線を照射したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の荷電粒子線装置。
5. 前記紫外線照射ユニットは、エキシマランプから構成されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の荷電粒子線装置。
6. 前記中間室で前記試料を前記紫外線照射ユニットの紫外線照射窓に近接させる機構を設けたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の荷電粒子線装置。
7. 荷電粒子線を試料に照射して当該試料から放出される荷電粒子を検出して画像を生成する荷電粒子線装置のコンタミネーション除去方法において、
   前記試料を複数枚収納して搬送するための収納箱と、
   前記試料を搬入して予備排気する予備排気室と、
   前記試料の前記予備排気室に搬入前あるいは搬入後あるいはその両方で、当該試料を搬入する中間室と、
   前記中間室内に搬入した試料の表面を一定時間、紫外線を照射する紫外線照射ユニットと、
   前記収納箱内に収納された前記試料を前記中間室あるいは前記予備排気室との間で相互に搬送、あるいは中間室と予備排気室との間で相互に搬送する搬送ロボットと、
   前記予備排気室を予備排気した状態で、当該予備排気室との間の仕切り弁を開けて前記試料を観察する位置に搬送、あるいは観察する位置に設置されている試料を当該予備排気室に搬送する試料室とを備え、
   前記試料の前記予備排気室への搬入前あるいは搬入後あるいはその両方において前記中間室で前記紫外線照射ユニットにより当該試料の表面に一定時間、紫外線を照射し、当該試料の表面のコンタミネーションを除去する
   荷電粒子線装置のコンタミネーション除去方法。

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