(57)【要約】【課題】  本開示は、真空室内の異物の量を適切に計測することを目的とする荷電粒子線装置に関する。【解決手段】  上記目的を達成するための一態様として、荷電粒子ビームを試料に照射するように構成された荷電粒子ビームカラム（９）と、前記試料の周囲を真空状態とするように構成された真空室（１、２）と、当該真空室内に配置される複数の電極（１２）と、当該複数の電極間の静電容量を計測する静電容量計測器（１３）を備えた荷電粒子線装置を提案する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームを試料に照射するように構成された荷電粒子ビームカラムと、前記試料の周囲を真空状態とするように構成された真空室と、当該真空室内に配置される複数の電極と、当該複数の電極間の静電容量を計測する静電容量計測器を備えた荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記複数の電極は、前記静電容量計測器の一方の測定端子に接続される第１の電極群と、前記静電容量計測器の他方の測定端子に接続される第２の電極群を有し、前記第１の電極群の電極と前記第２の電極群の電極は交互に配列されている荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記複数の電極は、板状電極と、当該板状電極上に配置される多孔電極を含み、前記静電容量計測器の一方の測定端子に前記板状電極、前記静電容量計測器の他法の測定端子に前記多孔電極が接続されている荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記複数の電極下に、絶縁体を介して配置され、集塵用の電圧が印加されるように構成された集塵用電極を備えた荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記静電容量計測器と通信可能に結合されている制御装置を備え、当該制御装置は、前記静電容量計測器の出力に基づいて、異物の量に関連するパラメータを導出するように構成されている荷電粒子線装置。
【請求項６】
荷電粒子ビームを試料に照射するように構成された荷電粒子ビームカラムと、前記試料の周囲を真空状態とするように構成された真空室と、当該真空室内に配置される複数の電極と、当該複数の電極間の静電容量を計測する静電容量計測器と、当該静電容量計測器に通信可能に結合され、当該静電容量計測器の出力に基づいて、異物の量に関連するパラメータを導出する制御装置を備えた荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項１において、
前記真空室は、前記荷電粒子ビームが照射される試料を導入するための真空試料室と、当該真空試料室に前記試料を導入する前に、前記試料周囲の雰囲気を真空排気する予備排気室を含み、前記複数の電極は当該予備排気室内に設置されている荷電粒子線装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記制御装置に通信可能に結合されている表示装置を備え、前記制御装置は、前記パラメータが所定の条件を満たしたときに、アラートを前記表示装置に表示させるように構成されている荷電粒子線装置。
【請求項９】
請求項７において、
前記予備排気室にガスを導入するためのガス導入機構を備え、
前記制御装置は、前記ガス導入機構によるガス導入前後で、前記静電容量計測器による静電容量計測を実行するように構成されている荷電粒子線装置。
【請求項１０】
請求項９において、
前記制御装置は、前記ガス導入前後の静電容量、或いはパラメータの差分演算を行うように構成されている荷電粒子線装置。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記制御装置に通信可能に結合されている表示装置を備え、前記制御装置は、前記試料の搬出回数と、前記差分演算の結果との関係を前記表示装置に表示させるように構成されている荷電粒子線装置。
【請求項１２】
請求項７において、
前記制御装置に通信可能に結合されている表示装置を備え、前記制御装置は、前記予備排気室への試料の搬入回数と、前記パラメータとの関係を前記表示装置に表示させるように構成されている荷電粒子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、荷電粒子線装置に係り、特に真空室内の状態をモニタできる荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子線装置の一態様である走査電子顕微鏡は、試料に電子線を照射して試料から放出される信号電子を検出することで、画像を生成する装置である。試料に電子ビームを照射するために真空試料室は真空状態であり、また異物による放電や試料汚染防止のために清浄な状態である必要がある。特許文献１には、搬送部から発生する金属異物や有機物ガス分子が、走査電子顕微鏡の観察対象であるウェハに付着しないように、これら物質を吸着するマグネットを真空室内に設置することが説明されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５０３３３７４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示の手法によれば、真空試料室内の金属異物および有機物をトラップすることができるが、時間の経過に伴って徐々に堆積する異物や、導入される試料の種類等によって変化する異物の量等を検出することはできない。
【０００５】
以下に、真空室内の異物の量を適切に計測することを目的とする荷電粒子線装置を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための一態様として、荷電粒子ビームを試料に照射するように構成された荷電粒子ビームカラムと、前記試料の周囲を真空状態とするように構成された真空室と、当該真空室内に配置される複数の電極と、当該複数の電極間の静電容量を計測する静電容量計測器を備えた荷電粒子線装置を提案する。
【０００７】
更に上記目的を達成するための他の態様として、荷電粒子ビームを試料に照射するように構成された荷電粒子ビームカラムと、前記試料の周囲を真空状態とするように構成された真空室と、当該真空室内に配置される複数の電極と、当該複数の電極間の静電容量を計測する静電容量計測器と、当該静電容量計測器に通信可能に結合され、当該静電容量計測器の出力に基づいて、異物の量に関連するパラメータを導出する制御装置を備えた荷電粒子線装置を提案する。
【発明の効果】
【０００８】
上記構成によれば、真空室内の異物の量を適切に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】異物検出デバイスを備えた荷電粒子線装置の一例を示す図。
【図２】異物検出デバイスの概要を示す図。
【図３】異物検出デバイスの概要を示す図。
【図４】荷電粒子線装置に試料を搬入し、搬出するまでの工程を示すフローチャート。
【図５】検出された異物量の推移を表示する例を示す図。
【図６】試料を搬出するときに発生する異物の量の推移を表示する例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
走査電子顕微鏡等を用いて試料を観察するには、異物による放電や試料汚染を防止するために真空試料室を清浄な真空に保っておく必要がある。そのために試料を真空試料室に搬入する場合には、ロードロック室と呼ばれる予備排気室を一度大気解放し、試料を入れた後に真空排気を行い、真空状態を作り出した後に真空試料室に搬送することによって、真空試料室は常に清浄な真空を保つことができる。試料を排出（搬出）する際には真空試料室からロードロック室に試料を移動させた後、ロードロック室を大気解放し、試料を取り出す。以上の工程より、真空試料室は理屈上常に清浄な真空を保つことができる。
【００１１】
一方、走査電子顕微鏡に搬入される試料には異物（微粒子）が付着しているものがあり、例えば、試料をロードロック室から取り出すための大気開放時に数万個もの異物が飛散する場合がある。飛散した異物はロードロック室内に徐々に堆積する。堆積した異物はやがて試料を真空試料室に搬入する際に持ち込まれる。その結果、真空試料室内の高電圧部で異物に起因する放電が発生する可能性がある。一方、飛散した異物の量を適正に評価できれば、異物の発生要因の特定やメンテナンスのタイミングの特定等を行うことができる。また、試料ごとの異物の発生の程度や異物の飛散の程度等も重要な情報となると考えられる。例えば、異物の発生の程度が試料の検査装置や測定装置として用いられる走査電子顕微鏡を用いて判断できれば、多くの異物を載せた試料を次の製造工程に持ち込む前に洗浄を行う、等の判断を行うことができる。更に、検査装置や測定装置のメンテナンス時期を適切に判断することも可能となる。
【００１２】
以下に説明する実施例では、主に異物等の量を適正に評価可能な荷電粒子線装置について説明する。なお、以下の実施例では荷電粒子線装置の一例として走査電子顕微鏡について説明するが、これに限られることはなく、例えばイオンビーム照射装置のような他の荷電粒子線装置への適用も可能である。以下の実施例では、主にロードロック室内に集塵用電極と、異物の体積を静電容量として検出するための並行平板電極から成る異物検出装置（異物検出デバイス）を備えた荷電粒子線装置について説明する。
【００１３】
上記構成によれば、ロードロック室内に堆積する異物の量を把握することが可能であり、またロードロック室内に試料を搬入する毎に異物の量をモニタすることが可能となる。ロードロック室内に堆積した異物の量が放電のリスクが高まる値の場合および大量の異物が飛散する試料を検出した場合には、放電の未然防止や次の工程の装置の汚染を予め防止する対応を選択することが可能となる。
【００１４】
ロードロック室内に設けられる異物検出装置は、電極間容量検出回路と当該電極間容量検出回路に接続される複数の電極を含む構成となっている。また、望ましくは電極間容量検出回路の入力（測定端子）の一端に接続される電極（第１の電極群）と、電極間容量検出回路の入力の他端に接続される電極（第２の電極群）を、離間しつつ交互に配列することによって、電極間容量検出回路の入力の一端と他端との間で、複数のコンデンサが並列に接続されるような回路を構成する。その場合、例えば特定方向に長い平板状の第１の電極と第２の電極が平行となるように交互に配列する。
【００１５】
上述のように、ロードロック室内に複数のコンデンサを形成し、当該複数のコンデンサの電極間容量を検出する検出素子を設けることで、ロードロック室内に持ち込まれ、電極間に付着した異物の量（体積）を静電容量の変化として捉えることができる。また、静電容量の変化を異物の体積量の変化として計算するための回路を設けることも可能である。更に１以上のコンピューターサブシステムによって、異物の変化の変化量から体積の変化量を求めるための計算式、或いはテーブルを用いた体積量変化を演算するようにしても良い。これら計算式やテーブルは予め所定の記憶媒体に記憶しておき、必要に応じて読み出せるようにしておく。
【００１６】
なお、上述したような検出素子を、絶縁層を介して異物収集器上に配置することで、小さな検出素子であっても広範囲の異物の収集、検出を行うことが可能となる。
【実施例１】
【００１７】
図１は、ロードロック室を備えた走査電子顕微鏡の一例を示す図である。図１に例示する走査電子顕微鏡は、電子ビームの照射対象である試料８（半導体ウエハなど）の周囲を真空状態に維持する真空試料室１、当該真空試料室１に導入する前の試料８の周囲空間の真空引きを行うためのロードロック室（予備排気室）２、及び電子ビームカラム９を備えている。
【００１８】
電子ビームカラム９は、電子ビームを放出するためのビーム源、当該ビーム源から放出された電子ビームを集束、偏向するための光学素子、及び試料に対する電子ビームの照射によって得られる電子を検出する検出器等を備えている。これらの走査電子顕微鏡の構成要素は図示しない制御装置によって制御される。当該制御装置は、１以上のコンピューターサブシステムを含んでおり、当該コンピューターサブシステムは、本明細書にて説明するような各種センサ等と通信可能に結合されており、各種センサによって得られた情報に基づいて、走査電子顕微鏡を構成する各構成要素の制御を行う。
【００１９】
また、制御装置は図示しない表示装置等通信可能に結合されており、更に後述するような真空室内の異物に関する情報を表示させる１以上のコンピューターサブシステムを備えている。制御装置は、必要に応じて異物に関する情報（異物の量、異物量が所定値を超えたタイミング、異物量の変化の推移、単位時間当たりの異物の増加量、異物の増加量が所定値を超えていたときの導入試料の種類、導入試料の製造工程等）を表示装置等に出力するようにしても良い。
【００２０】
ロードロック室２には、ロードロック室２の内部を大気圧するための窒素導入口３（窒素ガス導入機構）が設けられている。窒素導入口３からは、窒素が導入されるため、ロードロック室２の内部空間を真空から大気にすることができる。
【００２１】
以下、走査電子顕微鏡に対する試料の搬入から搬出に至るまでの処理の流れについて、図４のフローチャートを用いて説明する。まず、試料８を真空試料室１に導入するためには、まず、外部空間から試料８をロードロック室２に導入すべく、バルブ４を開放する。バルブ４が解放されたロードロック室２の試料導入口から試料８を、図示しないロボット機構により導入し、その後、バルブ４を閉じることで、ロードロック室２と外部空間（大気）間を遮断する（ステップ４０１）。
【００２２】
次に、ロードロック室２に備えられている真空ポンプ７を用いた真空排気によりロードロック室２内を真空状態とする（ステップ４０２）。ロードロック室２の真空度が規定値に達した後にゲートバルブ５を開け、試料８を真空試料室１に搬入（ステップ４０４）し、所定のパターンや欠陥等への電子ビームの走査に基づいて、試料８の測定や検査を実行する（ステップ４０５）。
【００２３】
測定や検査の終了後、ゲートバルブ５が開放され、試料８はロボット機構によって、真空試料室１からロードロック室２に搬出される（ステップ４０６）。試料８が運び込まれたロードロック室２は、窒素ガス導入口３から窒素が導入され（ステップ４０８）、ロードロック室２の内部は大気圧となる。ロードロック室２の内部を大気圧にした後、バルブ４を開放し、試料８を搬出する（ステップ４１０）。
【００２４】
以上の処理工程の中で、異物を原因とする放電を起こさないために、試料８をロードロック室２に搬入した後、異物量を測定する（ステップ４０３）ことが望ましい。真空試料室１に試料８を導入する前に、異物量が所定値を超えた、単位時間当たりの増加量が所定値を超えている、異物量の変化が所定値より急峻である等の場合に、アラートを表示装置等に表示（ステップ４１１）させることで、真空試料室１への異物導入の未然防止、或いは試料の洗浄を経て再度真空試料室に試料を導入する等の対応を行うための判断を行うことができる。更に、アラートを出すと共に、装置を自動停止するような制御を行うようにしても良い。
【００２５】
また、走査電子顕微鏡による測定や検査を終えた後の試料８がロードロック室２内に存在している状態で、窒素ガス導入口３から窒素ガスを導入したとき、試料８に付着しているミクロンオーダの異物がロードロック室２内を飛散することが考えられる。これは試料８に付着していた異物が窒素導入の衝撃により飛散するからである。そこで、窒素導入を伴う試料搬出（アンロード）時に、異物量評価を行うことで、試料上に載った異物の量を適正に評価する。試料に載った異物量を適正に評価することによって、試料が半導体ウェハの場合、次の製造工程にその半導体ウェハを持ち込むか否かの判断を行うことができる。
【００２６】
図２はロードロック室２内部に設置される異物検出デバイスの概要を示す図である。
【００２７】
異物検出デバイス（塵埃、微細なパーティクルを検出するように構成された検出器アセンブリ）は主に、複数の静電容量計測用電極１２が配列されたセンサ部６、センサ部６に集塵するための集塵用電極１０、集塵用電極１０を挟むように設けられた絶縁体１６、集塵用電極１０に電圧を印加するための集塵用電圧印加電源１１、電極間の静電容量を計測する電極間容量検出回路１３（静電容量計測器）、電極間容量検出回路１３にて検出された静電容量と、参照データと比較することによって静電容量の変化を特定する差分容量算出回路１４、及び差分容量算出回路１４にて算出された静電容量の差分値から、その差分に相当する異物の体積を換算する異物体積換算回路１５を含んでいる。
【００２８】
なお、電極間容量検出回路の出力から、静電容量と体積との関連を示すデータベース或いは演算式を用いて、体積値を出力する１以上のコンピューターサブシステムを異物検出システムに含むようにしても良い。また、体積値に換算するのではなく、異物が大量に付着していると考えられる所定の静電容量となったときにアラートを発生するようにしても良い。更に、体積値そのものではなく、体積や異物量に応じて変化する他の指標値（パラメータ）を、換算回路やデータベースを用いて出力するようにしても良い。また、静電容量の差分ではなく、異物量等のパラメータに換算した後に差分を求めるようにしても良い。
【００２９】
上述のような検出器アセンブリを用いて、試料のアンロード時に飛散する異物の量の算出法ついて、図４に例示するフローチャートを用いて説明する。真空試料室１からロードロック室２に試料８を搬送した後、ロードロック室２に窒素を導入する前にリファレンスデータとして静電容量計測用電極１２間の静電容量を測定する（ステップ４０７）。
【００３０】
次に、ロードロック室に窒素を導入する（ステップ４０８）。この際に飛散した異物が、異物検出デバイスの検出部（センサ部６）上に堆積する。その際の静電容量を測定する（ステップ４０９）。ステップ４０７で取得された静電容量から求められる異物量と、ステップ４０９で取得された静電容量から求められる異物量の差分値が、窒素ガス導入によって試料８から飛散落下した異物の量であると考えられる。ロードロック室２への試料導入前にリファレンスデータを取得し、窒素ガス導入後の異物量と比較することで、試料上に載った異物量の程度を正確に見積もることができる。試料上に載った異物が全て検出されるわけではないので、試料に載った異物の絶対量はわからないが、試料上に載った量に応じて検出される異物量も変化すると考えられるので、異物の多寡の変化を評価することが可能となる。
【００３１】
また、検出器アセンブリに、集塵用電極１０を備えることによって、ロードロック室２内で飛散する異物を吸着することができる。更に、飛散する異物を集めて検出することができるため、より精度良く異物の量を見積もることができる。なお、検出器アセンブリは、気流を考慮して、異物が堆積しやすいロードロック室２の床面（底面）や気流の吹き溜まりに設置することが望ましい。図１は、センサ部６をロードロック室２内部の底面に設置した構成を例示している。
【００３２】
図１に例示する構成によれば、気流の吹き溜まりに設置されたセンサ部６の異物集塵用電極１０によって、対向する複数の静電容量計測用電極１２上に異物を堆積させることができる。このように異物が堆積した状態で、静電容量計測用電極１２間の静電容量を測定し、リファレンスデータとの差分を差分容量算出回路１４で算出する。上述のように、この差分容量算出回路１４で算出した静電容量（差分）は、試料８のロードロック室２への導入によって増加した異物量を反映した値となる。この値は、異物体積換算回路１５で換算を行うことで、異物の体積として算出することが可能である。特に、ロードロック室２内に気流が発生する前と後のタイミングで、それぞれリファレンスデータと異物量評価データを取得することによって、導入された試料に載った異物量を反映した異物データを取得することが可能となる。
【実施例２】
【００３３】
上述の実施例では絶縁層上に複数の電極が配列されたセンサ部を持つ異物検出アセンブリを説明したが、本実施例では電極を多数配列することなく、異物付着に起因する静電容量変化を検出することができる異物検出アセンブリについて説明する。
【００３４】
図３は第２の実施例を示す図であり、板状電極１８上に網目状電極１７が積層された構造を有するセンサ部６を例示している。網目状電極１７と板状電極１８は図示しない絶縁スペーサー等を介在させることで、離間して配置されている。また、電極間容量検出回路１３の入力の一端は網目状電極１７が接続され、入力の他端には板状電極１８が接続されている。
【００３５】
飛散した異物は、集塵用電圧印加電源１１から電圧が印加される集塵用電極１０が発生する吸着力によって吸着され、網状電極１７の開口を通過して、板状電極１８上に落下する。落下した異物の影響で網目状電極１７と板状電極１８との間の静電容量は変化する。基準値に対する静電容量の変化を検出することで、異物の増加量を求めることができる。
【００３６】
具体的には、電極間容量検出回路１３を用いて、２つの電極間の静電容量を計測する。異物体積換算回路１５では、静電容量の変化（差）を異物の量として換算する。差分容量算出回路１４では、例えば試料導入前と導入後、或いは窒素ガス導入前後の静電容量の差を算出する。異物体積換算回路１５では、静電容量の差を、異物の体積、量、異物量や体積を示す他の指標値、真空試料室にて放電が発生する可能性を示す指標値、次の製造工程への影響の度合いを示す指標値、ロードロック室内部のクリーニングが必要となるタイミングまでの残り時間、メンテナンス時期等の他の異物の量に関連するパラメータに換算するようにしても良い。
【００３７】
更に、電極間静電容量検出回路１３の出力信号と、上述のようなパラメータとの関係を示すテーブル（データベース）、或いは演算式を参照して、パラメータを導出する１以上のコンピューターサブシステムを用いるようにしても良い。
【００３８】
図３に例示するセンサ部６を備えた検出器アセンブリによれば、２つの電極を積層して設置するという比較的簡単な構成で、センサ部６上の複数の位置に飛散する可能性のある異物による静電容量の変化を捉えることができる。
【００３９】
なお、上述の例では網目状電極を上側電極として採用する例について説明したが、異物が開口を通過して上側電極と下側電極との間に落下するような構成であれば良く、多数の孔が穿設されたメッシュ電極とは異なる他の多孔電極であっても良い。
【実施例３】
【００４０】
図５は、１以上のコンピューターサブシステムが図示しない表示装置等に出力する異物検出結果の一例を示す図である。図５では、試料のロード回数と異物量の関係を示している。図５に例示するように、ロードロック室２に対する試料の導入回数と異物量の関係を視覚化することによって、異物増加の推移を把握することができ、事前に異物の存在に起因する放電の発生を予測することが可能となる。また、所定の閾値を超えた場合に、アラートを表示することで、測定や検査の中止を促すことが可能となる。
【００４１】
図６は、試料のアンロード回数と、試料アンロード時の窒素ガス導入前後の異物量の変化との関係を示している。図６に例示するような表示を行うことによって、測定や検査の次の製造工程に用いられる装置に対して異物を持ち込まないようにオペレーターを促すことができる。
【００４２】
上述の例では、異物検出デバイスのセンサ部をロードロック室に設ける例について説明したが、例えば真空試料室内に持ち込まれた異物量の特定を望む場合には、真空試料室内に異物検出デバイスを設置するようにしても良い。
【符号の説明】
【００４３】
１…真空試料室、２…ロードロック室、３…窒素導入口、４…バルブ、５…ゲートバルブ、６…センサ部、７…真空ポンプ、８…試料、９…電子ビームカラム、１０…集塵用電極、１１…集塵用電圧印加電源、１２…静電容量計測用電極、１３…電極間容量検出回路、１４…差分容量算出回路、１５…異物体積換算回路、１６…絶縁体、１７…網目状電極、１８…板状電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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