KR101711897B1 - 하전 입자선 장치 내의 이물질 제거 방법 및 하전 입자선 장치 - Google Patents

하전 입자선 장치 내의 이물질 제거 방법 및 하전 입자선 장치 Download PDF

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Abstract

대물 렌즈에 통상 사용할 때 이상의 자계, 대물 렌즈 주변에 배치한 전극에 통상 사용할 때 이상의 전계를 가함으로써, 시료실 내에 존재하는 이물질을 대물 렌즈와 대물 렌즈 주변에 배치한 전극에 부착 또는 주변으로 끌어당긴다. 광축 중심을 전압 인가가 가능한 전용의 대(stand)의 바로 위에 오도록 스테이지를 이동시키고, 대물 렌즈의 자계를 Off로 하고 나서, 대물 렌즈 주변에 배치한 전극과 스테이지 주변에 배치한 전극간의 전위차를 주기적으로 최대와 최소로 함으로써 전압 인가 가능한 전용의 대에 강제적으로 낙하시킨다.

Description

하전 입자선 장치 내의 이물질 제거 방법 및 하전 입자선 장치 {METHOD FOR REMOVING FOREIGN SUBSTANCES IN CHARGED PARTICLE BEAM DEVICE, AND CHARGED PARTICLE BEAM DEVICE}
본 발명은 시료에 하전 입자 빔을 조사하는 하전 입자선 장치에 관한 것으로, 특히 진공실 내에 존재하는 이물질을 제거하는 것이 가능한 하전 입자선 장치 내의 이물질 제거 방법 및 하전 입자선 장치에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 계측용 주사형 전자 현미경(CD-SEM:Critical Dimension Scanning Electron Microscope)으로 대표되는 하전 입자선 장치는, 하전 입자 빔을 시료 상에서 주사함으로써 얻어지는 신호(2차 전자나 반사 전자)에 기초하여 화상을 형성하는 장치이다. CD-SEM에 의한 검사, 계측 대상으로서 반도체 디바이스가 있다.
반도체 디바이스는 디바이스 성능 및 회로 성능 향상을 위해 미세화가 진행되고 있다. 반도체 디바이스의 미세화에 의해, 반도체 디바이스에 허용되는 킬러 이물질에 대한 요구도 보다 엄격해지고 있다. 구체적인 이물질의 예로서, 반도체 디바이스 자신의 아웃 가스에 의한 오염, 반도체 디바이스가 반입한 미소 이물질, CD-SEM 미끄럼 이동부로부터의 발진 등이 있다.
상기 이물질은, 진공의 시료실에 부유하거나, 스테이지나 대물 렌즈나 시료실 벽 등에 부착된다. 만일 이물질이 측정 중인 반도체 디바이스에 부착되면, 수율이 낮아질 가능성이 있으므로 관리가 필요하다. 현재는, 정기적으로 이물질 측정을 하고, 사양 외로 되었을 때에는 발생부를 에탄올 클리닝함으로써 이물질을 제거하고 있다.
한편, 특허문헌 1에는, 전자 빔을 집속하기 위한 대물 렌즈의 하부로부터, 시료를 이탈시켰을 때에, 대물 렌즈의 여자(勵磁)를 Off 또는 저여자로 하거나, 대물 렌즈 통과 시에 전자선을 가속시키기 위한 가속 원통의 인가 전압을 Off 또는 저전압으로 함으로써, 시료에의 이물질의 부착을 억제하면서, 이물질을 효과적으로 제거하는 방법이 개시되어 있다.
일본 특허 제4945267호(대응 미국 특허 USP7,626,166)
에탄올 클리닝은 이물질을 제거할 수 있지만, 시료실을 대기 해방할 필요가 있고, 클리닝 후에 진공 배기를 해도, 대기 해방 시에 들어간 이물질이 스테이지나 대물 렌즈나 시료실 벽 등에 재부착되거나, 진공 중의 시료실에 부유할 가능성이 있다. 또한, 대기 해방과 진공화로 수 시간의 다운 타임이 발생하므로, 빈번히 에탄올 클리닝하는 것은 현실적이지 않다.
특허문헌 1에 설명되어 있는, 대물 렌즈의 여자를 Off 또는 저여자로 하거나, 대물 렌즈 통과 시에 전자선을 가속시키기 위한 가속 원통의 인가 전압을 Off 또는 저전압으로 하는 방법은, 이물질이 대물 렌즈나 가속 원통에 부착되는 힘을 약화시킨 후에 인력에 의해 자유 낙하시키고 있다. 그로 인해, 이물질이 부착되어 있는 힘보다도 인력의 쪽이 큰 경우에만 이물질이 낙하하게 되어, 부착력이 큰 이물질을 충분히 제거할 수 없는 경우가 있다.
구체적으로는, 대물 렌즈의 여자를 Off 또는 저여자로 하였다고 해도 히스테리시스의 영향이 남고, 가속 원통의 인가 전압을 Off 또는 저전압으로 하였다고 해도 이물질과 가속 원통간에 작용하는 쿨롱력의 영향이 남으므로, 이물질이 계속하여 부착되는 경우가 있다. 이러한 이물질이 축적되고, 큰 덩어리로 되면, 대물 렌즈가 여자된 상태였다고 해도, 인력에 의해 낙하하게 되지만, 낙하 시기를 파악하는 것은 곤란하며, 이물질이 축적되기 전에 빠르게 제거하는 것이 요망된다.
이하에, 흡착력이 큰 이물질이라도, 시료 등에 낙하시키거나, 비산시키지 않고, 빠르게 제거하는 것을 목적으로 하는 하전 입자선 장치 내의 이물질 제거 방법 및 하전 입자선 장치에 대해 설명한다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 형태로서, 하전 입자원으로부터 방출되는 하전 입자 빔을 집속하는 대물 렌즈와, 해당 대물 렌즈의 렌즈 강도를 제어하는 제어 장치와, 상기 하전 입자 빔의 조사 대상인 시료 주위의 분위기를 진공으로 유지하는 진공실과, 상기 시료가 배치되는 스테이지, 혹은 진공실 내에, 이물질을 회수하는 이물질 회수 부재를 구비하고, 상기 제어 장치는, 해당 이물질 회수 부재가 상기 대물 렌즈의 빔 통과 개구 아래에 위치 부여되도록, 상기 이물질 회수 부재, 혹은 스테이지를 이동시키고, 상기 이물질 회수 부재가 상기 대물 렌즈의 빔 통과 개구 아래에 위치 부여된 상태에서, 해당 이물질 회수 부재와 상기 대물 렌즈, 혹은 상기 스테이지와 상기 대물 렌즈 사이에 전위차가 형성되도록, 상기 이물질 회수 부재 또는 상기 스테이지와 대물 렌즈 사이에 전위차를 발생시키는 전극, 및／또는 자극에 전압을 인가하는 하전 입자선 장치를 제안한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 다른 형태로서, 하전 입자선 장치의 진공실 내의 이물질을 제거하는 하전 입자선 장치 내의 이물질 제거 방법으로서, 하전 입자 빔을 집속하는 대물 렌즈의 빔 통과 개구 아래에, 이물질을 회수하기 위한 이물질 회수 부재가 위치 부여되도록, 해당 이물질 회수 부재, 혹은 시료를 배치하기 위한 스테이지를 이동시키고, 상기 이물질 회수 부재가 상기 대물 렌즈의 빔 통과 개구 아래에 위치 부여된 상태에서, 해당 이물질 회수 부재 혹은 스테이지와, 상기 대물 렌즈 사이에 전위차를 형성하는 하전 입자선 장치 내의 이물질 제거 방법을 제안한다.
상기 구성에 따르면, 이물질 회수 부재를 대물 렌즈의 빔 통과 개구 아래에 위치 부여한 상태에서 대물 렌즈 등으로부터 이물질을 이탈시킬 수 있으므로, 이물질의 시료에의 부착이나 진공실 내에서의 이물질의 확산의 가능성을 억제하면서, 이물질의 회수를 행하는 것이 가능해진다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점은 첨부 도면에 관한 이하의 본 발명의 실시예의 기재로부터 명백하게 될 것이다.
도 1은 주사 전자 현미경의 개요를 나타내는 도면.
도 2는 이물질의 수집 및 회수 공정을 나타내는 흐름도.
도 3은 이물질 회수 부재를 구비한 시료 스테이지를 도시하는 도면.
도 4는 이물질 회수 부재의 개요를 나타내는 도면.
도 5a는 이물질 수집 공정과 이물질 회수 공정의 이물질의 움직임을 나타내는 도면.
도 5b는 이물질 수집 공정과 이물질 회수 공정의 이물질의 움직임을 나타내는 도면.
도 5c는 이물질 수집 공정과 이물질 회수 공정의 이물질의 움직임을 나타내는 도면.
도 6은 이물질 회수 부재와 대물 렌즈 사이에 전위차를 발생시키기 위한 전원을 포함하는 회로 구성을 나타내는 도면.
도 7은 시료 상의 전계를 제어하는 전극이 구비된 주사 전자 현미경의 개요를 나타내는 도면.
도 8은 빔을 가속하기 위한 가속통과 대물 렌즈의 일례를 나타내는 도면.
도 9는 자극의 일부를 빔을 가속하기 위한 가속기로 한 대물 렌즈의 일례를 나타내는 도면.
도 10은 시료실의 저부에 이물질 회수 부재를 구비한 주사 전자 현미경의 개요를 나타내는 도면.
도 11은 이물질 회수 부재를 시료 스테이지 상에 적재한 예를 나타내는 도면.
도 12는 시료실에 이물질 회수 부재를 도입함으로써, 이물질을 회수하는 공정을 나타내는 흐름도.
도 13은 시료 주위의 전극에 인가하는 전압의 시간 변화를 나타내는 타임차트.
이하에, 이물질 회수 부재를 구비한 주사 전자 현미경에 대해 설명한다. 본 실시예에서는 특히, 이물질을 회수하기 전에, 대물 렌즈가 통상 사용할 때 이상의 자계를 발생시키도록, 대물 렌즈 주변에 배치한 전극이 통상 사용할 때 이상의 전계를 발생시키도록, 혹은 자계, 전계 모두 통상 사용 시보다 커지도록, 여자 전류, 및／또는 인가 전압을 제어하는 예에 대해 설명한다. 전자 현미경으로서 사용하는 것보다 큰 자계, 전계를 형성함으로써, 시료실 내에 존재하는 이물질을 대물 렌즈와 대물 렌즈 주변에 배치한 전극에 부착 또는 그들 주변으로 끌어당길 수 있다. 부착 또는 주변으로 끌어당긴 이물질을, 대물 렌즈 혹은 대물 렌즈 주변에 배치한 전극과, 스테이지 주변에 배치한 전극 사이에 전위차를 형성함으로써, 시료 스테이지 근방에 설치된 이물질 회수 부재에 강제적으로 낙하시킴으로써, 이물질의 시료에의 부착이나 이물질의 비산의 가능성을 억제하면서, 이물질을 제거하는 것이 가능해진다. 또한, 이때, 상기 전위차를 주기적으로 최대와 최소로 함으로써, 대물 렌즈 등에 부착된 이물질의 이탈을 촉진하고, 회수 효율을 높이는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시예에서는 상술한 바와 같이, 일단 대물 렌즈 주위에 끌어당긴 이물질을, 전계 및／또는 자계에 의해 회수하는 예를 주로 설명하지만, 이물질의 부착이 현저한 경우에는, 전계에 의한 회수를 행하는 것만으로도 좋다.
상기 구성이라면, 시료실을 대기 해방하지 않고, 적극적으로 시료실의 이물질을 모으고, 그 모은 이물질을 고효율적으로 집진하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명에 따른 주사 전자 현미경의 개략 구성도이다. 전자원(101)으로부터 인출 전극(102)에 의해 인출되고, 도시하지 않은 가속 전극에 의해 가속된 전자 빔(103)은, 집속 렌즈의 일 형태인 콘덴서 렌즈(104)에 의해, 좁혀진 후에, 주사 편향기(105)에 의해, 시료(109) 상을 1차원적, 혹은 2차원적으로 주사된다. 전자 빔(103)은 시료 스테이지(108)에 내장된 전극에 인가된 음전압에 의해 감속됨과 함께, 대물 렌즈(106)의 렌즈 작용에 의해 집속되어 시료(109) 상에 조사된다.
전자 빔(103)이 시료(109)에 조사되면, 해당 조사 개소로부터 2차 전자, 및 후방 산란 전자와 같은 전자(110)가 방출된다. 방출된 전자(110)는, 시료에 인가되는 음전압에 기초하는 가속 작용에 의해, 전자원 방향으로 가속되고, 변환 전극(112)에 충돌하여, 2차 전자(111)를 발생시킨다. 변환 전극(112)으로부터 방출된 2차 전자(111)는, 검출기(113)에 의해 포착되고, 포착된 2차 전자량에 의해, 검출기(113)의 출력이 변화한다. 이 출력에 따라, 도시하지 않은 표시 장치의 휘도가 변화한다. 예를 들어 2차원 상을 형성하는 경우에는, 주사 편향기(105)에의 편향 신호와, 검출기(113)의 출력의 동기를 취함으로써, 주사 영역의 화상을 형성한다.
또한, 주사 편향기(105)에는, 시야 내의 2차원적인 주사를 행하는 편향 신호 외에, 시야를 이동시키기 위한 편향 신호가 중첩되어 공급되는 경우가 있다. 이 편향 신호에 의한 편향은 이미지 시프트 편향이라고도 하고, 시료 스테이지에 의한 시료 이동 등을 행하지 않고, 전자 현미경의 시야 위치의 이동을 가능하게 한다. 본 실시예에서는 이미지 시프트 편향과 주사 편향을 공통의 편향기에 의해 행하는 예를 나타내고 있지만, 이미지 시프트용의 편향기와 주사용의 편향기를 별도로 설치하도록 해도 된다.
또한, 도 1의 예에서는 시료로부터 방출된 전자를 변환 전극에서 일단 변환하여 검출하는 예에 대해 설명하고 있지만, 물론 이러한 구성에 한정되는 일은 없고, 예를 들어 가속된 전자의 궤도 상에, 전자 배상관이나 검출기의 검출면을 배치하는 구성으로 하는 것도 가능하다.
제어 장치(120)는, 주사 전자 현미경의 각 구성을 제어함과 함께, 검출된 전자에 기초하여 화상을 형성하는 기능이나, 라인 프로파일이라고 하는 검출 전자의 강도 분포에 기초하여, 시료 상에 형성된 패턴의 패턴 폭을 측정하는 기능을 구비하고 있다.
또한, 도 1에 예시하는 주사 전자 현미경에는, 시료실(107)에 시료를 도입할 때에, 시료 분위기를 예비 배기하는 예비 배기실(115)과, 공기 청정 공간을 형성하는 미니엔(117)이 설치되어 있다. 또한, 그들의 공간의 사이에는 진공 밀봉을 행하기 위한 진공 밸브(114, 116)가 설치되어 있다.
전계 형성용 전극(118)에는, 제어 장치(120)로부터의 지시에 의해, 양 혹은 음의 전압이 인가되고, 시료(109)의 표면 전계가 제어된다. 통상, 전계 형성용 전극(118)은, 시료(109)로부터 방출되는 전자를 전자원(101)을 향해 끌어올리는 전계를 형성하거나, 에너지가 낮은 전자를 물리치기 위한 전계를 형성하기 위해 사용된다. 또한, 시료 스테이지(108) 상에는 이물질 회수 부재(119)가 설치되어 있다. 이물질 회수 부재(119)는 도 3에 예시하는 바와 같이, 시료 스테이지(108)의 시료(109)의 탑재 위치 이외에 설치된다.
이상과 같은 구성으로 이루어지는 주사 전자 현미경 내에서 이물질을 회수하는 방법에 대해, 이하에 설명한다. 또한, 이하의 실시예는 주사 전자 현미경을 예로 들어 설명하지만, 그것에 한정되는 일은 없고, 예를 들어 이온빔을 프로브로 하는 집속 이온빔과 같은 다른 하전 입자선 장치의 이물질 회수에 적용하는 것도 가능하다.
도 2는 이물질의 수집 및 회수 공정을 나타내는 흐름도이다. 우선, 시료실(107)로부터, 시료(109)를 반출하고, 진공 밸브(114)를 폐쇄한다(스텝 S201, S202). 다음으로, 대물 렌즈에 통상 사용할 때 이상의 자계의 형성, 및／또는 대물 렌즈 주변에 배치한 전극에 통상 사용할 때 이상의 전계를 가함으로써, 시료실 내에 존재하는 이물질을 대물 렌즈와 대물 렌즈 주변에 배치한 전극에 부착 또는 그들 주변으로 끌어당긴다(스텝 S203). 이물질을 수집하기 위한 전계는 예를 들어 전계 형성용 전극(118)에, 전자 현미경으로서 사용하는 경우와 비교하여 큰 전압을 인가한다. 전자 현미경으로서 장치를 사용하는 경우에는, 빔을 가늘게 좁히기 위해 대물 렌즈의 여자 전류 등을 제어하지만, 본 예의 경우, 이물질을 수집하는 것을 목적으로 하여 자계 등을 발생시키므로, 집속 조건 등에 관계없이, 수집 효율을 우선하여, 전자 현미경으로서 장치를 사용하는 경우와 비교하여, 큰 전계, 혹은 자계를 형성한다. 즉, 빔을 조사하는 경우와 비교하여, 큰 전압의 인가나 큰 전류의 공급에 의해, 이물질의 수집 효율을 높이는 것이 가능해진다.
도 5a, 도 5b는, 강한 전계 등을 형성하는 것에 의한 이물질의 수집 전후의 이물질(501)의 위치를 도시하는 도면이다. 도시하는 바와 같이, 대물 렌즈(106)의 강여자, 혹은 전계 형성용 전극(118)에의 고전압 인가에 의해, 이물질(501)이 대물 렌즈(106)나 전계 형성용 전극(118)에 이물질이 모여든다. 대물 렌즈에는 금속계의 이물질이, 대물 렌즈 주변에 배치한 전극에는 대전을 띤 절연성이나 비도통의 이물질이 끌어당겨지므로, 이들을 빠짐없이 제거하기 위해서는, 대물 렌즈의 강여자와, 전계 형성용 전극에의 강전압 인가를 아울러 행하는 것이 바람직하다.
이물질을 부착 또는 주변으로 끌어당긴 후, 광축 중심이 전압 인가 가능한 전용의 대의 바로 위에 오도록 스테이지를 이동시킨다(스텝 S204). 이 경우, 이물질이 가장 집중되어 있는 대물 렌즈의 전자 빔이 통과하는 통과 개구의 바로 아래에, 이물질 회수 부재(119)가 위치 부여되도록, 시료 스테이지(108)를 이동시킨다. 다음으로, 이물질 회수 부재(119)가 대물 렌즈(106)의 빔 통과 개구 아래에 위치 부여된 상태에서, 대물 렌즈(109)의 자계를 Off, 혹은 상대적으로 약여자로 하고, 대물 렌즈 주변에 배치한 전극에의 전압 인가에 의해 전계를 형성하고, 이물질을 이물질 회수 부재(119)에 강제 낙하시킨다. 도 5c는 전계 제어에 의해 이물질 회수 부재(119)에 이물질이 낙하한 상태를 나타내는 도면이다.
본 실시예의 경우, 대물 렌즈의 자계를 Off로 하고 나서 대물 렌즈 주변에 배치한 전극과 스테이지 주변에 배치한 전극간의 전위차를 주기적으로 최대와 최소로 함으로써 전압 인가 가능한 전용의 대에 이물질을 강제 낙하시킨다. 대물 렌즈의 자계를 끊는 것은 이물질이 대물 렌즈에 부착되는 힘을 약화시킴과 동시에 강제 낙하시킨 이물질이 대물 렌즈에 재부착되는 것을 억제하기 위함이다.
대물 렌즈 주변에 배치한 전극과 스테이지 주변에 배치한 전극에서 전위차를 발생시킬 때, 양 전압 또는 어느 한쪽의 전압으로 전위차를 발생시키는 것도 가능하다. 예를 들어 대물 렌즈 주변에 배치한 전극의 전압을 5㎸, 스테이지 주변에 배치한 전극의 전압을 0㎸로 하면 전위차는 5㎸로 된다. 대물 렌즈 주변에 배치한 전극의 전압을 5㎸, 스테이지 주변에 배치한 전극의 전압을 －5kV로 하면 전위차는 10㎸로 된다. 대물 렌즈 주변에 배치한 전극의 전압을 0㎸, 스테이지 주변에 배치한 전극의 전압을 －5kV로 하면 전위차는 5㎸로 된다. 즉, 전위차는 다양한 방법으로 발생시킬 수 있다. 그러나, 어느 한쪽만으로 높은 전위차를 발생시키기 위해서는 대형의 전원을 구비할 필요가 있다. 그로 인해, 2개의 전압으로 보다 높은 전위차를 발생시키는 것이 바람직하다.
도 13은 이물질 회수 시의 각 전극에 인가하는 전압의 시간 변화를 나타내는 타임차트이다. Vb는 전계 형성용 전극(118)에의 인가 전압이며, Vr은 시료 스테이지 내에 내장되는 리타딩 전극에의 인가 전압이다. 도 13에 예시하는 바와 같이, Vb와 Vr을, 동기하여 변화시킴과 함께, 양 전극간의 전위차가 최대(|Vb|＋|Vr|), 최소(0V)를 반복하도록, 인가 전압을 제어함으로써, 이물질 낙하를 보다 촉진하는 것이 가능해진다. 또한, 도 13의 Vb1, Vr1은 전자 현미경에 의한 측정이나 관찰을 행하는 경우의 인가 전압의 최댓값이다. 이와 같이 전자 현미경으로서 사용하는 경우에 사용하는 전압 범위를 초과한 큰 전압을 인가함으로써, 이물질 낙하의 확실성을 높이는 것이 가능해진다.
도 6은 리타딩 전압이 인가되는 리타딩 전극(502)이 내장된 시료 스테이지의 일례를 나타내는 도면이다. 리타딩 전극(502)은 상술한 스테이지 주위에 배치한 전극의 일 형태이다. 또한, 도 6의 예에서는, 통상의 리타딩 전압 전원(601) 외에, 강전계 발생용의 보조 전원(602)이 설치되어 있다. 상술한 바와 같이 리타딩 전극(502)에의 인가 전압의 제어에 의해서도, 이물질의 강제 낙하는 가능하지만, 이물질 회수 부재(119)에서 보면 시료 스테이지(108) 중심측의 전위가 높아지므로, 이물질 회수 부재(119)의 주위에는 전위 구배가 형성되고, 낙하 이물질이 편향될 가능성이 있다. 도 6의 예에 따르면, 이물질 회수 시에, 제어 장치(120)에 의해 스위치(603)를 전환하고, 이물질 회수 부재(119) 자체를 고전위로 함으로써, 상술한 바와 같은 전위 구배를 없애는 것이 가능해진다.
대물 렌즈 주변에 배치하는 전극은, 전계 형성용 전극(118)과 같은 대물 렌즈의 렌즈 주면보다 전자원측에 배치됨과 함께 시료에 대면하는 전극에 한하지 않고, 대물 렌즈의 렌즈 주면, 혹은 그 아래에 위치하는 전극 등에 의해 대용할 수 있다. 도 7은 대물 렌즈(106)의 자극 아래에 전계 형성용 전극(702)을 형성한 예를 나타내는 도면이다. 도 8, 도 9는 전계 형성용 전극(702)의 설치예를 더욱 상세하게 설명하는 도면이다. 도 8은 대물 렌즈(106)의 빔 통과 개구 내부에 전자 빔을 가속시키는 가속통(801)이 설치되어 있는 예를 나타내는 도면이다. 이물질 회수 시의 전계 제어는, 전계 형성용 전극(702), 및／또는 가속통(801)에 인가되는 전압의 제어에 의해 행할 수 있다. 또한, 도 9는 대물 렌즈(106)의 상부 자극(901)과 하부 자극(902)을 분할하고, 상부 자극(901)에 선택적으로 고전압을 인가함으로써, 전자 빔을 가속시키는 대물 렌즈의 구조를 나타내는 도면이지만, 상부 자극(901), 및／또는 전계 형성용 전극(702)에 인가되는 전압의 제어에 의해, 이물질 회수 시의 전계 제어를 행하도록 해도 된다. 그 밖에, 2차 전자의 궤도를 제어하기 위한 전극 등을 이물질 회수 시의 전계 제어 전극으로 하도록 해도 된다.
스테이지 주변에 배치하는 전극은, 리타딩 전극(502)이나 이물질 회수 부재(119) 이외의 다른 전극으로 대용할 수 있다. 구체예를 도 10에 나타낸다. 도 10은 전자 빔 칼럼(1001)과 진공 시료실(1002)을 포함하는 전자 현미경의, 진공 시료실(1002)의 저부에 전계 형성용 전극(1003)을 배치한 예를 나타내고 있다. 단, 시료실 바닥에 배치한 전극을 이용하는 경우, 대물 렌즈 주변에 배치한 전극과의 거리가 길어지므로, 이물질의 강제 낙하에는 보다 큰 전압이 필요해진다. 상기와 같이 리타딩 전극과 시료실 바닥에 배치한 전극 등에서도 이물질 회수는 가능하지만, 사용하는 전극의 상면에 전압 인가 가능한 전용의 대를 배치할 필요가 있다.
대물 렌즈에 통상 사용할 때 이상의 자계를 발생시킴으로써, 이물질을 대물 렌즈에 부착 또는 그 주변으로 끌어당길 수 있다. 이때, 보다 고자계일수록 이물질 부착 또는 끌어당김의 효율이 높으므로, 대물 렌즈에 보다 고자계를 가할 수 있는 것이 바람직하다.
대물 렌즈 주변에 배치한 전극에 통상 사용할 때 이상의 전계를 발생시킴으로써, 이물질을 대물 렌즈 주변에 배치한 전극에 부착 또는 그 주변으로 끌어당길 수 있다. 이때, 보다 고전계일수록 이물질 부착 또는 끌어당김의 효율이 높으므로, 대물 렌즈 주변에 배치한 전극에 보다 고전계를 가할 수 있는 것이 바람직하다.
이물질을 부착 또는 끌어당길 때, 스테이지 주변에 배치하는 전극에 전압은 인가하지 않는다. 스테이지 주변에 배치하는 전극에 이물질을 부착 또는 그 주변으로 이물질을 끌어당겨도 전압 인가 가능한 전용의 대에 강제 낙하시킬 수 없기 때문이다.
전압 인가 가능한 전용의 대에 이물질을 강제 낙하시킬 때, 전위차가 높을수록 강제 낙하의 효율이 높으므로, 대물 렌즈 주변에 배치한 전극과 스테이지 주변에 배치한 전극간에 높은 전위차가 발생되는 것이 바람직하다.
이물질을 강제 낙하시킬 때, 강제 낙하시킨 이물질이 전압 인가 가능한 전용의 대의 상면에 부딪힘으로써 튀어 오르고, 다시 시료실 중에 부유할 가능성이 있으므로, 전압 인가 가능한 전용의 대의 상면은 메쉬 구조로 되어 있으면 집진 효율이 좋다. 또한, 보다 높은 전위차를 발생시키기 위해서는, 보다 대물 렌즈 주변의 전극에 가까워지도록 높이를 설정하는 것이 바람직하다. 이때, 렌즈계에 접촉·간섭하지 않도록 설계할 필요가 있다.
이물질을 강제 낙하시킬 때, 전압 인가 가능한 전용의 대에 집진한 이물질이 다시 시료실 중에 부유하지 않도록 전압 인가 가능한 전용의 대 내부에 얇게 진공 그리스를 도포하거나, 이물질 흡착을 위해 전압 인가 가능한 전용의 대 내부에 전계와 자계가 발생되는 것이 바람직하다. 이때, 1차 전자 및 2차 전자에 간섭하지 않도록 설계할 필요가 있다.
도 4는 이물질 회수 부재(119)의 일례를 나타내는 도면이다. 이물질 회수 부재(119)는 용기 형상으로 되어 있고, 소량의 진공 그리스의 수용이나 도포가 가능하게 되어 있다. 또한, 내부에는 메쉬 전극(401)이 설치되고, 이물질 회수 시의 전계 제어를 행하기 위한 전압의 인가가 가능하게 되어 있다.
이물질의 회수는, 전압 인가 가능한 전용의 대에 집진하지 않고, 이물질을 스테이지 상의 베어 웨이퍼나, 시료실 외부로부터의 도입이 가능한 이물질 회수 부재를 사용하여 행할 수도 있다. 도 11은 시료 스테이지(108) 상에, 시료실 외부로부터 반입한 이물질 회수 부재(1101)를 탑재한 예를 나타내는 도면이다. 표면적이 큰 이물질 회수 부재를 적용함으로써, 이물질 회수 효율을 향상시킬 수 있다.
도 12는 이물질 회수 부재(1101)를 사용한 이물질 회수 공정을 나타내는 흐름도이다. 우선, 시료를 반출한 후, 진공 밸브(114)를 폐쇄한다(스텝 S1201, S1202). 다음으로 대물 렌즈에 이물질을 수집하기 위한 전계 제어 및／또는 자계 제어를 행하고(스텝 S1203), 그 상태를 유지하면서, 진공 밸브(114)를 개방하고, 이물질 회수 부재(1101)를 도입한다(스텝 S1204, S1205). 그 후, 진공 밸브(114)를 폐쇄하고, 이물질 회수 부재(1101)가 대물 렌즈의 빔 통과 개구 아래에 위치 부여되도록, 시료 스테이지(108)를 이동시킨다(스텝 S1206, S1207). 다음으로, 이물질 회수 부재(1101)가 대물 렌즈(106)의 빔 통과 개구 아래에 위치 부여된 상태에서, 대물 렌즈(109)의 자계를 Off, 혹은 상대적으로 약여자로 하고, 대물 렌즈 주변에 배치한 전극에의 전압 인가에 의해 전계를 형성하고, 이물질을 이물질 회수 부재(1101)에 강제 낙하시킨다(스텝 S1208). 그 후, 진공 밸브(114)를 개방하고, 이물질 회수 부재(1101)를 반출한다(스텝 S1209, 스텝 S1210).
도 12와 같은 공정을 거쳐 이물질을 회수함으로써, 이물질 회수 부재를 시료실 내에 상주시키지 않고, 고효율적으로 이물질 제거를 행할 수 있다.
또한, 도 11의 예에 따르면, 이물질 회수 부재(1101)를 시료 스테이지(108)에 적재한 상태에서, 이물질 회수를 위한 전계 제어를 행함과 함께, 이물질 회수 부재(1101)의 이동 가능 범위를 주사하도록, 시료 스테이지(108)를 이동시킴으로써, 시료실 내의 광범위에 걸쳐 이물질 제거 처리를 행할 수 있다. 그러나, 강제 낙하의 타이밍마다 베어 웨이퍼 등을 반송하는 것은, 장치의 스루풋을 저하시키는 한 원인이 되는 경우가 있으므로, 미리 시료실 내에 이물질 제거 부재를 설치해 두는 것이 바람직하다.
또한, 이물질 회수 부재 등을 사용하지 않고, 단순히 시료실 바닥 등에 강제 낙하만 시킬 수도 있지만, 강제 낙하시킨 것만으로는 이물질이 다시 시료실 중에 부유할 가능성이 있으므로, 전압 인가 가능한 전용의 대에 집진하는 것이 바람직하다.
집진의 실제 운용으로서는 스루풋에 영향을 미치지 않는 것이 필수이다. 구체적으로 반도체 제조 라인은 대량의 제품 로트를 처리하므로, 그들의 처리를 저해하지 않고 집진해야 한다.
구체적인 예를 기재한다. CD-SEM이 설치되어 있는 반도체 제조 라인에서는 제품 로트는 자동 반송되고 있고, CD-SEM은 처리 대기의 제품 로트를 파악할 수 있다. 그로 인해, 처리 대기의 제품 로트가 없는 경우에만 제품 로트 처리 후에 1회 집진을 실행한다. 또한, 반도체 제조 라인에 따라서는, 처리하는 로트의 수 자체가 적은 경우도 있다. 이러한 케이스에서는 시료실 내는 청정한 분위기가 유지되어 있을 가능성이 높고, 처리 로트마다 집진할 필요가 없으므로, 집진하는 타이밍에 일정한 임계값을 설정할 수 있는 것이 바람직하다. 예를 들어, 전회의 집진으로부터 1주일이 경과 또는 제품 로트 처리수가 500매를 초과하고, 또한 처리 대기의 제품 로트가 없는 경우에 제품 로트 처리 후에 1회 집진을 실행하는 등이다. 또한, 장치 기동 및 재기동을 집진의 트리거로 할 수도 있다.
한편, 반도체 제조 프로세스의 관계상, 이물질 제거를 위한 세정을 하고 있지 않은 공정이나 재질의 관계에서 아웃 가스가 많은 제품 로트를 처리할 가능성이 있다. 이러한 경우에는 일정 측정 간격마다 집진을 실행하거나, 진공도의 악화가 보여졌을 때에 집진하는 것이 바람직하다.
상기 기재는 실시예에 대해 이루어졌지만, 본 발명은 그것에 한하지 않고, 본 발명의 정신과 첨부의 청구범위의 범위 내에서 다양한 변경 및 수정을 할 수 있는 것은 당업자에게 명백하다.
101 : 전자원
102 : 인출 전극
103 : 전자 빔
104 : 콘덴서 렌즈
105 : 주사 편향기
106 : 대물 렌즈
107 : 시료실
108 : 시료 스테이지
109 : 시료
120 : 제어 장치

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 하전 입자원으로부터 방출되는 하전 입자 빔을 집속하는 대물 렌즈와,
    해당 대물 렌즈의 렌즈 강도를 제어하는 제어 장치와,
    상기 하전 입자 빔의 조사 대상인 시료 주위의 분위기를 진공으로 유지하는 진공실과,
    상기 시료가 배치되는 스테이지, 혹은 진공실 내에, 이물질을 회수하는 이물질 회수 부재를 구비하고,
    상기 제어 장치는, 해당 이물질 회수 부재가 상기 대물 렌즈의 빔 통과 개구 아래에 위치 부여되도록, 상기 이물질 회수 부재, 혹은 스테이지를 이동시키고, 상기 이물질 회수 부재가 상기 대물 렌즈의 빔 통과 개구 아래에 위치 부여된 상태에서, 해당 이물질 회수 부재와 상기 대물 렌즈, 혹은 상기 스테이지와 상기 대물 렌즈 사이에 전위차가 형성되도록, 상기 이물질 회수 부재 또는 상기 스테이지와 대물 렌즈 사이에 전위차를 발생시키는 전극, 및 자극 중 적어도 하나에 전압을 인가하고,
    상기 제어 장치는, 상기 이물질 회수 부재가 상기 대물 렌즈의 빔 통과 개구 아래에 위치 부여된 상태에서, 상기 해당 이물질 회수 부재와 상기 대물 렌즈, 혹은 상기 스테이지와 상기 대물 렌즈 사이의 전위차를 주기적으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 이물질 회수 부재에의 인가 전압, 상기 스테이지에의 인가 전압, 상기 시료에 대면하는 대면 전극에의 인가 전압, 혹은 상기 하전 입자 빔을 가속시키는 가속통에의 인가 전압 중 적어도 하나를 제어함으로써, 상기 전위차를 발생시키는 하전 입자선 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 전위차를 형성하기 전에, 상기 대물 렌즈의 여자(勵磁), 및 상기 스테이지와 대물 렌즈 사이에 전위차를 발생시키기 위한 전극에의 전압의 인가 중 적어도 하나를 행하는 하전 입자선 장치.
  5. 하전 입자원으로부터 방출되는 하전 입자 빔을 집속하는 대물 렌즈와,
    해당 대물 렌즈의 렌즈 강도를 제어하는 제어 장치와,
    상기 하전 입자 빔의 조사 대상인 시료 주위의 분위기를 진공으로 유지하는 진공실과,
    상기 시료가 배치되는 스테이지, 혹은 진공실 내에, 이물질을 회수하는 이물질 회수 부재를 구비하고,
    상기 제어 장치는, 해당 이물질 회수 부재가 상기 대물 렌즈의 빔 통과 개구 아래에 위치 부여되도록, 상기 이물질 회수 부재, 혹은 스테이지를 이동시키고, 상기 이물질 회수 부재가 상기 대물 렌즈의 빔 통과 개구 아래에 위치 부여된 상태에서, 해당 이물질 회수 부재와 상기 대물 렌즈, 혹은 상기 스테이지와 상기 대물 렌즈 사이에 전위차가 형성되도록, 상기 이물질 회수 부재 또는 상기 스테이지와 대물 렌즈 사이에 전위차를 발생시키는 전극, 및 자극 중 적어도 하나에 전압을 인가하고,
    상기 제어 장치는, 상기 전위차를 형성하기 전에, 상기 대물 렌즈의 여자(勵磁), 및 상기 스테이지와 대물 렌즈 사이에 전위차를 발생시키기 위한 전극에의 전압의 인가 중 적어도 하나를 행하고,
    상기 제어 장치는, 상기 전위차를 형성하기 전에, 상기 시료에 빔을 조사하는 경우와 비교하여 큰 전류를 상기 대물 렌즈에 공급하는 것에 의한 상기 대물 렌즈의 여자를 행하는 하전 입자선 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 전위차를 형성하기 전에, 상기 시료에 빔을 조사하는 경우와 비교하여 큰 전압을, 상기 스테이지와 대물 렌즈 사이에 전위차를 발생시키기 위한 전극, 및 자극 중 적어도 하나에 인가하는 하전 입자선 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 이물질 회수 부재는, 상기 스테이지, 혹은 상기 진공실 내에 설치되어 있는 하전 입자선 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 이물질 회수 부재에는 진공 그리스가 도포되어 있는 하전 입자선 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 이물질 회수 부재에는, 메쉬 형상의 전극이 설치되어 있는 하전 입자선 장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
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