(57)【要約】【課題】試料表面を短時間で走査し且つ試料表面に付着した粒子を高分解能で検出することができる走査型粒子検出装置を提供する。【解決手段】導体部を有する探針８にて試料Ｓ表面を走査し、試料Ｓ表面に付着した粒子Ｐが存在する検査対象領域を検出する走査型粒子検出装置において、検査対象領域を検出した場合、試料Ｓ表面から離隔する方向へ探針８を移動させる探針駆動機構６と、探針８を試料Ｓ表面から離隔させた状態で、探針８から電子を放出させる引き出し電極１１及び加速電極１２と、探針８から放出された電子を検査対象領域の面積よりも小さい断面積を有する電子ビームに集束させ、該電子ビームを検査対象領域に照射させるコンデンサレンズコイル１３及び対物レンズコイル１４と、電子ビームの照射によって検査対象領域から放出された二次電子を検出する二次電子検出部１５と、二次電子の検出結果に基づいてＳＥＭ画像を生成する制御部１８とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体部を有する探針にて試料表面を走査し、該試料表面に付着した粒子が存在する検査対象領域を検出する走査型粒子検出装置において、
検査対象領域を検出した場合、前記試料表面から離隔する方向へ前記探針を移動させる探針駆動手段と、
前記探針を前記試料表面から離隔させた状態で、前記探針から電子を放出させる電子放出手段と、
前記探針から放出された電子を検査対象領域の面積よりも小さい断面積を有する電子ビームに集束させ、該電子ビームを検査対象領域に照射させる電子レンズと、
電子ビームの照射によって検査対象領域から放出された二次粒子を検出する二次粒子検出手段と
を備えることを特徴とする走査型粒子検出装置。
【請求項２】
前記電子ビームにて検査対象領域を走査し、前記試料表面の検査対象領域に付着した粒子を検出するようにしてある
ことを特徴とする請求項１に記載の走査型粒子検出装置。
【請求項３】
前記探針は、
基端側から前記試料表面に臨む先端側へマイクロ波を伝送する伝送線路を備え、
更に、マイクロ波を前記基端側から前記伝送線路へ供給するマイクロ波発生器と、
前記伝送線路の前記基端側に接続されており、マイクロ波を共振させる共振器と、
該共振器で共振したマイクロ波を検出するマイクロ波検出部と、
該マイクロ波検出部にて検出されたマイクロ波の周波数に基づいて、検査対象領域を検出する手段と
を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の走査型粒子検出装置。
【請求項４】
前記電子放出手段は、
前記探針から電子を引き出す引き出し電極と、
前記探針から引き出された電子を加速させる加速電極と
を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の走査型粒子検出装置。
【請求項５】
電子ビームを前記試料表面に照射させる場合、前記引き出し電極及び加速電極を前記探針及び前記試料表面間に進出させ、前記探針の走査によって粒子を検出する場合、前記引き出し電極及び加速電極を後退させる電極駆動手段を備える
ことを特徴とする請求項４に記載の走査型粒子検出装置。
【請求項６】
前記二次粒子検出手段は、
電子ビームの照射によって検査対象領域から放出された二次電子の放出量を検出する二次電子検出部を備え、
更に、該二次電子検出部にて検出された二次電子の放出量に基づいて、前記試料表面の検査対象領域に付着した粒子の画像を生成する画像生成手段を備える
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載の走査型粒子検出装置。
【請求項７】
前記二次粒子検出手段は、
電子ビームの照射によって検査対象領域から放出されたオージェ電子のエネルギーを検出するオージェ検出部を備え、
更に、複数の元素及び該元素に固有の前記オージェ電子のエネルギーを対応付けたオージェ電子エネルギーテーブルと、
前記オージェ検出部にて検出されたオージェ電子のエネルギー及び前記テーブルに基づいて、前記試料表面に付着した粒子の組成を分析する手段と
を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載の走査型粒子検出装置。
【請求項８】
前記二次粒子検出手段は、
電子ビームの照射によって検査対象領域から放射された特性Ｘ線のエネルギーを検出する特性Ｘ線検出部を備え、
更に、複数の元素及び該元素に固有の前記特性Ｘ線のエネルギーを対応付けた特性Ｘ線エネルギーテーブルと、
前記特性Ｘ線検出部にて検出された特性Ｘ線のエネルギー及び前記テーブルに基づいて、前記試料表面に付着した粒子の組成を分析する手段と
を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一つに記載の走査型粒子検出装置。
【請求項９】
導体部を有する探針にて試料表面を走査し、該試料表面に付着した粒子が存在する検査対象領域を検出する粒子検出方法において、
検査対象領域を検出した場合、前記試料表面から離隔する方向へ前記探針を移動させ、
前記探針を前記試料表面から離隔させた状態で、前記探針から電子を放出させ、
前記探針から放出された電子を検査対象領域の面積よりも小さい断面積を有する電子ビームに集束させ、該電子ビームを検査対象領域に照射させ、
電子ビームの照射によって検査対象領域から放出された二次粒子を検出すること
を備えることを特徴とする粒子検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、探針の走査によって粒子を粗検出し、探針から電子ビームを照射することによって粒子を微検出する走査型粒子検出装置及び粒子検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造処理室の内壁から剥離した粒子が半導体ウエハ表面に付着した場合、半導体デバイスにおける配線の短絡が発生し、半導体デバイスの歩留まりが低下する。このため、半導体製造工程における粒子の発生状況、例えば粒子数、粒子径等を検査することが求められている。粒子の検出する方法としては、粒子に光を照射し、該粒子からの散乱光に基づいて粒子を検出する光散乱法が用いられている。
【０００３】
半導体デバイスは高度に微細化されており、現在、加工配線幅は５０ｎｍ未満に達している。また近い将来、３０ｎｍの配線加工技術が実用化されつつある。ところが、５０ｎｍ以下の粒子を検出することができる光散乱技術は未だ存在していない。このため、歩留まりと粒子との関係を議論することができず、半導体デバイスの歩留まりが低下する虞がある。
【０００４】
一方、５０ｎｍ以下の粒子を検出することができる装置として、探針の先端にマイクロ波の近接場を発生させて試料を走査し、試料との相互作用を検出することによって、該試料に付着した粒子を検出する走査型近接場マイクロ波顕微鏡が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
また、試料に電子ビームを照射し、該試料から放出される二次電子を検出することによって、試料に付着した５０ｎｍ以下の粒子を検出することができるＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）が実用化されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１８９０４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、走査型近接場マイクロ波顕微鏡においては、試料に付着している粒子が存在する検査対象領域を検出することができるが、検査対象領域に存在している粒子径、粒子数等の情報を得ることができないという問題があった。
【０００８】
また、ＳＥＭにおいては、試料に付着した粒子を画像化し、該粒子径を測定することは可能であるが、試料表面全面を走査するのに時間を要するという問題があった。
【０００９】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、試料表面を短時間で走査し、且つ試料表面に付着した粒子を高分解能で検出することができる走査型粒子検出装置及び粒子検出方法を提供することを目的とする。
【００１０】
本発明の他の目的は、探針の走査で粒子が存在する検査対象領域を検出し、検査対象領域の画像を生成することによって、試料表面に付着した粒子数及び粒子径の情報を得ることができる走査型粒子検出装置を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、オージェ電子を検出することにより、試料表面に付着した粒子の組成を分析することができる走査型粒子検出装置を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、特性Ｘ線を検出することにより、試料表面に付着した粒子の組成を分析することができる走査型粒子検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る走査型粒子検出装置は、導体部を有する探針にて試料表面を走査し、該試料表面に付着した粒子が存在する検査対象領域を検出する走査型粒子検出装置において、検査対象領域を検出した場合、前記試料表面から離隔する方向へ前記探針を移動させる探針駆動手段と、前記探針を前記試料表面から離隔させた状態で、前記探針から電子を放出させる電子放出手段と、前記探針から放出された電子を検査対象領域の面積よりも小さい断面積を有する電子ビームに集束させ、該電子ビームを検査対象領域に照射させる電子レンズと、電子ビームの照射によって検査対象領域から放出された二次粒子を検出する二次粒子検出手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る走査型粒子検出装置は、前記電子ビームにて検査対象領域を走査し、前記試料表面の検査対象領域に付着した粒子を検出するようにしてあることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る走査型粒子検出装置は、前記探針は、基端側から前記試料表面に臨む先端側へマイクロ波を伝送する伝送線路を備え、更に、マイクロ波を前記基端側から前記伝送線路へ供給するマイクロ波発生器と、前記伝送線路の前記基端側に接続されており、マイクロ波を共振させる共振器と、該共振器で共振したマイクロ波を検出するマイクロ波検出部と、該マイクロ波検出部にて検出されたマイクロ波の周波数に基づいて、検査対象領域を検出する手段とを備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る走査型粒子検出装置は、前記電子放出手段は、前記探針から電子を引き出す引き出し電極と、前記探針から引き出された電子を加速させる加速電極とを備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る走査型粒子検出装置は、電子ビームを前記試料表面に照射させる場合、前記引き出し電極及び加速電極を前記探針及び前記試料表面間に進出させ、前記探針の走査によって粒子を検出する場合、前記引き出し電極及び加速電極を後退させる電極駆動手段を備えることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る走査型粒子検出装置は、前記二次粒子検出手段は、電子ビームの照射によって検査対象領域から放出された二次電子の放出量を検出する二次電子検出部を備え、更に、該二次電子検出部にて検出された二次電子の放出量に基づいて、前記試料表面の検査対象領域に付着した粒子の画像を生成する画像生成手段を備えることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る走査型粒子検出装置は、前記二次粒子検出手段は、電子ビームの照射によって検査対象領域から放出されたオージェ電子のエネルギーを検出するオージェ検出部を備え、更に、複数の元素及び該元素に固有の前記オージェ電子のエネルギーを対応付けたオージェ電子エネルギーテーブルと、前記オージェ検出部にて検出されたオージェ電子のエネルギー及び前記テーブルに基づいて、前記試料表面に付着した粒子の組成を分析する手段とを備えることを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る走査型粒子検出装置は、前記二次粒子検出手段は、電子ビームの照射によって検査対象領域から放射された特性Ｘ線のエネルギーを検出する特性Ｘ線検出部を備え、更に、複数の元素及び該元素に固有の前記特性Ｘ線のエネルギーを対応付けた特性Ｘ線エネルギーテーブルと、前記特性Ｘ線検出部にて検出された特性Ｘ線のエネルギー及び前記テーブルに基づいて、前記試料表面に付着した粒子の組成を分析する手段とを備えることを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る粒子検出方法は、導体部を有する探針にて試料表面を走査し、該試料表面に付着した粒子が存在する検査対象領域を検出する粒子検出方法において、検査対象領域を検出した場合、前記試料表面から離隔する方向へ前記探針を移動させ、前記探針を前記試料表面から離隔させた状態で、前記探針から電子を放出させ、前記探針から放出された電子を検査対象領域の面積よりも小さい断面積を有する電子ビームに集束させ、該電子ビームを検査対象領域に照射させ、電子ビームの照射によって検査対象領域から放出された二次粒子を検出することを備えることを特徴とする。
【００２２】
本発明にあっては、探針にて試料表面を走査し、該試料表面に付着した粒子が存在する検査対象領域を検出する。検査対象領域を粗検出する構成であるため、後述の電子ビームにて試料表面を走査する場合に比べて、より短時間で試料表面を走査することが可能になる。
検査対象領域を検出した場合、探針を試料表面から離隔させる。そして、探針から電子を放出させ、検査対象領域の面積よりも小さい断面積を有する電子ビームに集束させ、該電子ビームを検査対象領域に照射させる。次いで、試料表面から放出された二次粒子によって、粒子を微検出する。検査対象領域の面積よりも小断面積の電子ビームによって粒子を検出する構成であるため、探針の走査のみで粒子を検出する場合に比べて、粒子に係る詳細な情報を得ることが可能になる。
また、粒子の粗検出と、微検出とを別装置で行う場合に必要となる試料の移動、位置合わせ等が不要となり、試料に付着した粒子の効率的な検出が可能になる。
【００２３】
本発明にあっては、粗検出した検査対象領域を電子ビームで走査することによって、探針の走査のみで粒子を検出する場合に比べて、検査対象領域に存在する粒子に係る詳細な情報を得ることが可能になる。
【００２４】
本発明にあっては、探針が有する伝送線路の基端側からマイクロ波が供給され、探針の先端側にマイクロ波の近接場が発生する。探針の先端側には、共振器が接続されており、該共振器で共振したマイクロ波をマイクロ波検出部にて検出する。共振するマイクロ波の周波数は、探針と試料との相互作用によって変動するため、該周波数に基づいて、試料に付着した粒子が存在する検査対象領域を検出することが可能になる。
【００２５】
本発明にあっては、引き出し電極は、電界によって探針の導体部分から電子を引き出し、加速電極は引き出されて電子を加速させる。加速した電子は、電子レンズにて電子ビームとして集束し、試料表面に照射される。
【００２６】
本発明にあっては、電子ビームにて粒子を検出する場合、該電子ビームの生成に必要な引き出し電極及び加速電極を探針及び前記試料表面間に進出させる。探針の走査によって粒子を検出する場合、引き出し電極及び加速電極を後退させ、無用な干渉を避けることが可能になる。
【００２７】
本発明にあっては、電子ビームの照射によって検査対象領域から放出された二次電子の放出量を二次電子検出部にて検出し、画像生成手段は、該放出量に基づいて、試料表面に付着した粒子の画像を生成する。
【００２８】
本発明にあっては、電子ビームの照射によって検査対象領域から放出されたオージェ電子のエネルギーをオージェ検出部にて検出する。そして、検出されたオージェ電子のエネルギーと、オージェ電子エネルギーテーブルとに基づいて、検査対象領域に付着した粒子の組成を分析する。
【００２９】
本発明にあっては、電子ビームの照射によって検査対象領域から放出された特性Ｘ線のエネルギーを特性Ｘ線検出部にて検出する。そして、検出された特性Ｘ線のエネルギーと、特性Ｘ線エネルギーテーブルとに基づいて、検査対象領域に付着した粒子の組成を分析する。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、試料表面を短時間で走査し、且つ試料表面に付着した粒子を高分解能で検出することができる。
【００３１】
また、探針の走査で粒子が存在する検査対象領域を検出し、検査対象領域の画像を生成することによって、試料表面に付着した粒子数及び粒子径の情報を得ることができる。
【００３２】
更に、オージェ電子を検出することにより、試料表面に付着した粒子の組成を分析することができる。
【００３３】
更にまた、特性Ｘ線を検出することにより、試料表面に付着した粒子の組成を分析することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態に係る走査型粒子検出装置の構成を模式的に示す側断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る走査型粒子検出装置の構成を模式的に示す側断面図である。
【図３】粒子検出に係る制御部の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】粒子検出に係る制御部の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】変形例１における粒子検出に係る制御部の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】変形例１における粒子検出に係る制御部の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】変形例２に係る走査型粒子検出装置の構成を模式的に示す側断面図である。
【図８】変形例２における粒子検出に係る制御部の処理手順を示すフローチャートである。
【図９】変形例３に係る走査型粒子検出装置の構成を模式的に示す側断面図である。
【図１０】変形例３における粒子検出に係る制御部の処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】変形例４に係る走査型粒子検出装置の構成を模式的に示す側断面図である。
【図１２】変形例４に係る走査型粒子検出装置の構成を模式的に示す側断面図である。
【図１３】変形例５に係る走査型粒子検出装置の構成を模式的に示す側断面図である。
【図１４】変形例６に係る走査型粒子検出装置の構成を模式的に示す側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
図１及び図２は、本発明の実施の形態に係る走査型粒子検出装置の構成を模式的に示す側断面図である。本実施の形態に係る走査型粒子検出装置は、走査型近接場マイクロ波顕微鏡及びＳＥＭの機能を融合し、ウエハ等の試料Ｓに付着した粒子Ｐを効率的に検出し、粒子数及び粒子径を測定することを可能にしたものである。図中１は真空室であり、真空室１は、有底円筒状の第１真空室１ａと、第１真空室１ａの天側に設けられており、第１真空室１ａに比べて短径の円筒状をなす第２真空室１ｂとで構成されている。
【００３６】
第１真空室１ａは、水平に設けられるべき底板部、該底板部に周設された周壁部、及び円環板状の天部を備え、底板部には、可動ステージ１６が設けられている。可動ステージ１６は、粒子Ｐが付着した試料Ｓ、例えばウエハが載置されるべき円盤状のステージ部と、該ステージ部を、底板部に対して略平行な二方向及び略垂直方向へ粗動及び微動させるステージ駆動部、例えば粗動用のステッピングモータ及び微動用のピエゾ素子とを備える。以下、底板部が水平に設置されているものとして、前記二方向を、水平方向であるＸ方向及びＹ方向、前記略垂直な方向を鉛直方向として説明する。
【００３７】
また、第１真空室１ａの周壁部の適宜箇所には、真空ポンプ１７が接続されている。真空ポンプ１７は、例えば、ロータリーポンプ等の一次ポンプと、ターボ分子ポンプ等の二次ポンプとで構成される。
【００３８】
第２真空室１ｂは、第１真空室１ａを構成する天部の内周縁部から鉛直上方へ延設された周壁部と、円環状の天部とを備える。周壁部又は天部の外側の適宜箇所には、後述の共振器５に設けられた探針８を試料Ｓに対して接離する方向、即ち鉛直方向へ移動させるための探針駆動機構６が設けられている。探針駆動機構６は、例えば探針８を接離方向へ粗動させるためのステッピングモータ、及び接離方向へ微動させるためのピエゾ素子で構成されている。
【００３９】
共振器５は、探針駆動機構６にて、第２真空室１ｂの中心軸上を前記接離方向へ移動するように構成されている。共振器５は、試料Ｓに付着した粒子Ｐを検出するためのマイクロ波を共振させるべく、円筒状をなし、底部及び天部の略中央部にはマイクロ波が入出力する孔部が形成されている。共振器５の天部側には、３端子のサーキュレータ３が配され、底部には探針８が接続されている。
【００４０】
サーキュレータ３は、第１乃至第３端子３ａ，３ｂ，３ｃを備えており、第１端子３ａには、ＧＨｚ帯の高周波、即ちマイクロ波を発生させ、該マイクロ波を共振器５へ出力するマイクロ波発生器２が接続されている。また、サーキュレータ３の第２端子３ｃには、共振器５を構成する天部の孔部に接続され、第３端子３ｂには、共振器５で共振したマイクロ波を検出し、検出結果を出力するマイクロ波検出部４、例えばダイオード検出器が接続されている。
【００４１】
探針８は、共振器５を構成する底部の孔部に垂設され、第２真空室１ｂの天部に設けられた真空ベローズ７を介して真空室１側に配されている。探針８は、共振部側の基端部から試料Ｓに臨む先端部へマイクロ波を伝送するマイクロ波伝送線路８ａを有する。マイクロ波伝送線路８ａは、誘電体材料、例えば石英からなり、先端部にテーパを有する細長棒状をなしている。また、マイクロ波伝送路の周面、少なくともマイクロ波電送線路を挟む二側面は、導電部８６で覆われている。更に、探針８の先端部は、マイクロ波の近接場を発生させるべく、マイクロ波の波長よりも小さく形成されている。例えば、試料Ｓに付着した５０ｎｍの粒子Ｐが存在する検査対象領域を粗検出する場合、数百ｎｍ〜１μｍの分解能を達成すべく、１μｍ程度の曲率半径を有するように先端部を形成すれば良い。
【００４２】
更に、第２真空室１ｂの周壁下部には孔部が形成されており、探針８から電子を引き出す引き出し電極１１と、該引き出し電極１１にて引き出された電子を加速する加速電極１２とが、前記孔部から進退可能に突出している。引き出し電極１１及び加速電極１２は、真空ベローズ９を介して、第２真空室１ｂの外側に設けられた電極駆動部１０に接続され、電極駆動部１０は、引き出し電極１１及び加速電極１２を、探針８及び試料Ｓ表面間へ進出させ、また後退させるモータを備えている。また、走査型粒子検出装置は、引き出し電極１１及び加速電極１２と、探針８との間に数ｋＶの電圧を印加することによって、探針８から電子を引き出し、加速するための電源３０を備える。
【００４３】
更にまた、進出した引き出し電極１１及び加速電極１２の鉛直下方には、探針８から放出された電子を集束させて電子ビームを生成するコンデンサレンズコイル１３（電子レンズ）と、集束した電子ビームを試料Ｓ表面に照射させるための対物レンズコイル１４（電子レンズ）とが配されている。また、電子ビームが照射された試料Ｓから放出される二次電子を検出し、検出結果を出力する二次電子検出部１５が第２真空室１ｂの適宜箇所に配されている。
【００４４】
また、走査型粒子検出装置は、装置全体を制御する制御部１８を備える。制御部１８は、例えばＣＰＵ、該ＣＰＵにＲＡＭ、タイマ、Ｉ／Ｏポート等を備えたマイクロコンピュータである。Ｉ／Ｏポートには、マイクロ波発生器２、探針駆動機構６、可動ステージ１６、マイクロ波検出部４、二次電子検出部１５等が接続されており、制御部１８は、各部に制御信号を与えることによって、マイクロ波発生器２、探針駆動機構６、可動ステージ１６の動作を制御すると共に、マイクロ波検出部４及び二次電子検出部１５から出力された検出信号が入力されるように構成されている。また、制御部１８には記憶部１９、表示部２０及び操作部２１が設けられている。記憶部１９は、各構成部の動作を制御するためのコンピュータプログラムを記憶するハードディスク、半導体メモリ等であり、表示部２０は、制御部１８から与えられた画像データに基づいて、画像を表示するＣＲＴ、液晶ディスプレイである。操作部２１は、使用者の操作内容に応じた操作信号を制御部１８に与えるキーボード、マウス等で構成される。
【００４５】
図３及び図４は、粒子検出に係る制御部１８の処理手順を示すフローチャートである。粒子検出の開始指示を受けた場合、制御部１８は、まず可動ステージ１６を所定位置へ移動させる（ステップＳ１１）。そして、制御部１８は、電極駆動部１０に制御信号を与え、図２に示すように、引き出し電極１１及び加速電極１２を後退方向へ移動させる（ステップＳ１２）。次いで、制御部１８は、マイクロ波発生器２に制御信号を与え、マイクロ波を発生させる（ステップＳ１３）。そして、制御部１８は、探針８を近接方向、即ち鉛直下方へ移動させる（ステップＳ１４）。
【００４６】
次いで、制御部１８は、マイクロ波検出部４にて検出したマイクロ波の共振周波数を監視することによって、探針８及び試料Ｓ間の距離が所定距離未満、例えば１００ｎｍ未満であるか否かを判定する（ステップＳ１５）。所定距離未満でないと判定した場合（ステップＳ１５：ＮＯ）、制御部１８は処理をステップＳ１４へ戻し、探針８の移動を継続させる。所定距離未満であると判定した場合（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、制御部１８は、マイクロ波検出部４にてマイクロ波の共振周波数を検出する（ステップＳ１６）。そして、試料Ｓの走査に伴う共振周波数の変化を算出する（ステップＳ１７）。次いで、制御部１８は、共振周波数の変化に基づいて、探針８が近接している試料Ｓの検査対象領域に粒子Ｐが存在するか否かを判定する（ステップＳ１８）。
【００４７】
なお、マイクロ波の共振周波数の変化率は下記式で表される。但し、Ｆは共振周波数、ε0 は真空の誘電率、μ0  は真空の透磁率、Ｚ0 はマイクロ波伝送線路８ａに特有のインピーダンス、Ｌは共振部の伝送方向の長さ、εeff はマイクロ波伝送線路８ａの誘電率、ΔＣｔは探針８先端部の静電容量の変化率である。
ΔＦ／Ｆ＝−Ｚ0 ／Ｌ（ε0 μ0  εeff ）1/2 ΔＣｔ・・・（１）
【００４８】
粒子Ｐが存在しないと判定した場合（ステップＳ１８：ＮＯ）、制御部１８は、可動ステージ１６に制御信号を与え、可動ステージ１６を粗駆動させることによって、探針８で試料Ｓ表面を走査させ（ステップＳ１９）、処理をステップＳ１６へ戻す。
【００４９】
粒子Ｐが存在すると判定した場合（ステップＳ１８：ＹＥＳ）、制御部１８は、マイクロ波発生器２に制御信号を与え、マイクロ波発生器２を停止させる（ステップＳ２０）。
【００５０】
次いで、制御部１８は、探針駆動機構６に制御部１８を与え、探針８を離隔方向へ移動させる（ステップＳ２１）。そして、制御部１８は、電極駆動部１０に制御信号を与え、引き出し電極１１及び加速電極１２を進出方向へ移動させる（ステップＳ２２）。
【００５１】
そして、制御部１８は、引き出し電極１１及び加速電極１２、コンデンサレンズコイル１３、対物レンズコイル１４に電圧を印加させる（ステップＳ２３）。次いで、制御部１８は、可動ステージ１６を微駆動させることによって、検査対象領域を電子ビームにて走査し、二次電子検出部１５にて二次電子の放出量を検出する（ステップＳ２４）。
【００５２】
そして、制御部１８は、ステップＳ２４の検出結果に基づいて、粒子Ｐが付着した試料ＳのＳＥＭ画像を生成する（ステップＳ２５）。次いで、制御部１８は、走査を終了したか否かを判定する（ステップＳ２６）。走査を終了しないと判定した場合（ステップＳ２６：ＮＯ）、制御部１８は、可動ステージ１６に制御信号を与え、可動ステージ１６を粗駆動させ（ステップＳ２７）、処理をステップＳ１２へ戻す。走査を終了すると判定した場合（ステップＳ２６：ＹＥＳ）、制御部１８は、各構成部の動作を停止させる停止処理を実行し（ステップＳ２８）、処理を終える。
【００５３】
このように構成された走査型粒子検出装置及び粒子検出方法にあっては、探針８の先端にマイクロ波の近接場を発生させて試料Ｓ表面を走査することによって、試料Ｓ表面に付着した粒子Ｐを短時間で粗検出することができ、しかも粗検出された検査対象領域を電子ビームで走査することによって、粒子Ｐを微検出し、該粒子Ｐに関する詳細な情報を得ることができる。
具体的には、検査対象領域のＳＥＭ画像を生成することによって、該検査対象領域に存在する粒子Ｐの粒子数、粒子径等の情報を得ることができる。
このように、従来不可能とされていた５０ｎｍ以下の粒子Ｐを検出することが可能になり、次世代の低塵な半導体製造装置を早期開発することができる。また、半導体デバイス工場においても、次世代デバイスの歩留まりをいち早く向上させることが可能になる。
【００５４】
また、探針８に曲率半径約１μｍの先端部を形成し、該先端部にマイクロ波の近接場を発生させるように構成することによって、試料Ｓ表面に付着した粒子Ｐが存在する検査対象領域を好適に粗検出することができる。
【００５５】
更に、検査対象領域を検出した場合、そのまま探針８を鉛直上方へ移動させ、該探針８を用いて電子ビームを照射させるように構成してあるため、粗検出と、微検出とを別装置で行う場合に必要なＳＥＭ観察領域の位置合わせの手間を省くことができる。
【００５６】
更にまた、近接場を用いた探針８にて試料Ｓ表面を走査する場合、引き出し電極１１及び加速電極１２を後退させるように構成してあるため、各電極と探針８との干渉及び相互作用を低減させることができる。
【００５７】
なお、実施の形態では、マイクロ波の近接場を用いて試料Ｓ表面に付着した粒子Ｐを粗検出するように構成してあるが、粒子Ｐを粗検出、つまり電子ビームの照射によって粒子検出方法に比べて、短時間で試料Ｓ表面を走査し、粒子Ｐが存在する領域を検出することができる方法であれば、他の構成を採用しても良い。例えば、マイクロ波以外の電磁波に係る近接場、探針８及び試料Ｓ間の原子間力、電気力、磁気力、その他各種相互作用を検出することによって、粒子Ｐを粗検出しても良い。
【００５８】
電子ビームの照射によって試料Ｓ表面から放出される二次電子を用いて、粒子Ｐを微検出しているが、粒子Ｐの詳細な情報を得ることができるのであれば他の二次粒子、例えば、特性Ｘ線、紫外線等の光子、オージェ電子、反対電子、二次イオン等を検出するように構成しても良い。
【００５９】
更にまた、本実施の形態に係る走査型粒子検出装置及び粒子検出方法は、オフライン計測のみならず、インライン計測、オンライン計測又はイン・シチュ計測のいずれに適用しても良い。
【００６０】
更にまた、本実施の形態に係る走査型粒子検出装置及び粒子検出方法の適用範囲は、特に限定されず、例えば半導体の加工水準、品質を検査する品質検査目的、欠陥、不良原因の解析目的、新規半導体回路の研究開発目的等、種々の目的に使用される装置及び工程に適用しても良い。
【００６１】
（変形例１）
変形例１に係る走査型粒子検出装置及び粒子検出方法は、試料Ｓ表面に粒子Ｐが付着した複数の検査対象領域を先に粗検出しておき、粗検出を終えた後、各検査対象領域をＳＥＭ観察する点が上述の実施の形態とは異なる。以下では、主に上記相違点を説明する。
図５及び図６は、変形例１における粒子検出に係る制御部１８の処理手順を示すフローチャートである。制御部１８は、ステップＳ１１〜１７と同様、探針８を試料Ｓ表面に近接させ、マイクロ波の共振周波数の検出、及び共振周波数の変化を算出する処理をステップＳ３１〜３７で実行する。
【００６２】
ステップＳ３７の処理を終えた場合、制御部１８は、共振周波数の変化に基づいて、探針８が近接している試料Ｓの検査対象領域に粒子Ｐが存在するか否かを判定する（ステップＳ３８）。粒子Ｐが存在すると判定した場合（ステップＳ３８：ＹＥＳ）、制御部１８は、検査対象領域の位置座標を記憶する（ステップＳ３９）。
【００６３】
粒子Ｐが存在しないと判定した場合（ステップＳ３８：ＮＯ）、又はステップＳ３９の処理を終えた場合、試料Ｓ表面の走査を終えたか否かを判定する（ステップＳ４０）。走査を終了していないと判定した場合（ステップＳ４０：ＮＯ）、制御部１８は、可動ステージ１６に制御信号を与え、可動ステージ１６を粗駆動させることによって、探針８で試料Ｓ表面を走査させ（ステップＳ４１）、処理をステップＳ３６へ戻す。
【００６４】
試料Ｓ表面の走査を終えたと判定した場合（ステップＳ４０：ＹＥＳ）、制御部１８は、マイクロ波発生器２に制御信号を与え、マイクロ波発生器２を停止させる（ステップＳ４２）。
【００６５】
次いで、制御部１８は、検査対象領域位置座標を記憶しているか否かを判定する（ステップＳ４３）。検査対象領域位置座標を記憶していないと判定した場合（ステップＳ４３：ＮＯ）、制御部１８は、処理を終える。
【００６６】
検査対象領域位置座標を記憶していると判定した場合（ステップＳ４３：ＹＥＳ）、制御部１８は、検査対象領域位置座標を記憶部１９から読み出し（ステップＳ４４）、検査対象領域位置座標に基づいて、検査対象領域位置に可動ステージ１６を移動させる（ステップＳ４５）。
【００６７】
そして、制御部１８は、ステップＳ２１〜２５と同様、ＳＥＭ画像の生成に係る処理をステップＳ４６〜５０で実行する。
【００６８】
ステップＳ５０の処理を終えた場合、制御部１８は、ＳＥＭによる未検出粒子Ｐがあるか否かを判定する（ステップＳ５１）。未検出粒子Ｐがあると判定した場合（ステップＳ５１：ＹＥＳ）、制御部１８は、処理をステップＳ４４へ戻す。未検出粒子Ｐが無いと判定した場合（ステップＳ５１：ＮＯ）、制御部１８は、各構成部の動作を停止させる停止処理を実行し（ステップＳ５２）、処理を終える。
【００６９】
変形例１に係る走査型粒子検出装置及び粒子検出方法にあっては、先に複数の検査対象領域を粗検出し、次いで、各検査対象領域のＳＥＭ画像を生成するように構成してあるため、探針８、引き出し電極１１及び加速電極１２の駆動回数を減少させ、より効率的に粒子Ｐの検出、粒子径の測定を行うことができる。
【００７０】
（変形例２）
変形例２に係る走査型粒子検出装置は、粒子Ｐの検出に加え、オージェ電子の検出によって粒子Ｐの組成を検出するように構成している点が上述の実施の形態とは異なる。以下では主に上記相違点を説明する。
図７は、変形例２に係る走査型粒子検出装置の構成を模式的に示す側断面図である。変形例２に係る走査型粒子検出装置は、試料Ｓから放出されたオージェ電子のエネルギーを検出するオージェ検出部を第１真空室１ａの適宜箇所に備える。また、記憶部１９は、複数の元素と、該元素に電子ビームを照射した場合に放出されるオージェ電子のエネルギーを対応付けたオージェ電子エネルギーテーブル２１９ａを記憶する。なお、オージェ電子のエネルギーは、元素に固有のものである。
【００７１】
図８は、変形例２における粒子検出に係る制御部１８の処理手順を示すフローチャートである。制御部１８は、ステップＳ２５の処理と、ステップＳ２６の処理との間で以下の処理を更に実行する。
制御部１８は、オージェ電子検出部２２２にてオージェ電子のエネルギーを検出する（ステップＳ２５１）。そして、制御部１８は、記憶部１９からオージェ電子エネルギーテーブル２１９ａを読み出し（ステップＳ２５２）、ステップＳ２５１で検出したオージェ電子のエネルギーと、オージェ電子エネルギーテーブル２１９ａとに基づいて、粒子Ｐの組成分析を行う（ステップＳ２５３）。
【００７２】
変形例２に係る走査型粒子検出装置及び粒子検出方法にあっては、オージェ電子を検出することによって、試料Ｓ表面に付着した粒子Ｐの組成を特定することができる。
【００７３】
（変形例３）
変形例３に係る走査型粒子検出装置は、粒子Ｐの検出に加え、特性Ｘ線の検出によって粒子Ｐの組成を検出するように構成している点が上述の実施の形態とは異なる。以下では主に上記相違点を説明する。
図９は、変形例３に係る走査型粒子検出装置の構成を模式的に示す側断面図である。変形例３に係る走査型粒子検出装置は、試料Ｓから放出された特性Ｘ線のエネルギーを検出する特性Ｘ線検出部３２２を第１真空室１ａの適宜箇所に備える。また、記憶部１９は、複数の元素と、該元素に電子ビームを照射した場合に放出される特性Ｘ線のエネルギーを対応付けた特性Ｘ線エネルギーテーブル３１９ａを記憶する。なお、特性Ｘ線のエネルギーは、元素に固有のものである。
【００７４】
図１０は、変形例３における粒子検出に係る制御部１８の処理手順を示すフローチャートである。制御部１８は、ステップＳ２５の処理と、ステップＳ２６の処理との間で以下の処理を更に実行する。
制御部１８は、特性Ｘ線検出部３２２にて特性Ｘ線のエネルギーを検出する（ステップＳ３５１）。そして、制御部１８は、記憶部１９から特性Ｘ線エネルギーテーブル３１９ａを読み出し（ステップＳ３５２）、ステップＳ３５１で検出した特性Ｘ線のエネルギーと、特性Ｘ線エネルギーテーブル３１９ａとに基づいて、粒子Ｐの組成分析を行う（ステップＳ３５３）。
【００７５】
変形例３に係る走査型粒子検出装置及び粒子検出方法にあっては、特性Ｘ線のエネルギーを検出することによって、試料Ｓ表面に付着した粒子Ｐの組成を特定することができる。
【００７６】
（変形例４）
変形例４に係る走査型粒子検出装置は、実施の形態に係る走査型粒子検出装置を構成する探針４０８の構成が上述の実施の形態とは異なるため、以下では主に上記相異点を説明する。変形例４に係る走査型粒子検出装置は、メカニカルプローブを用いた走査型顕微鏡及びＳＥＭの機能を融合し、ウエハ等の試料Ｓに付着した粒子Ｐを効率的に検出し、粒子数及び粒子径を測定することを可能にしたものである。
【００７７】
図１１及び図１２は、変形例４に係る走査型粒子検出装置の構成を模式的に示す側断面図である。探針４０８は、共振器５を構成する底部の孔部に垂設され、第２真空室１ｂの天部に設けられた真空ベローズ７を介して真空室１側に配されている。探針４０８は、共振器５に接続された棒状ステンレス製のリード電極４０８ａと、リード電極４０８ａの先端部に設けられたタングステンチップ４０８ｂとを備える。探針４０８は、引き出し電極１１及び加速電極１２と共に、Field Emission Electron方式の電子銃を構成している。
【００７８】
リード電極４０８ａは、タングステンチップ４０８ｂに電圧を印加する手段と、マイクロ波発生器２で発生した高周波をタングステンチップ４０８ｂに印加する手段とを兼ねている。リード電極４０８ａは電源３０に接続され、引き出し電極１１及び加速電極１２と、リード電極４０８ａとの間に数ｋＶの電圧が印加されるように構成されている。
【００７９】
タングステンチップ４０８ｂは、先端が１００ｎｍ程度の太さに形成されており、ＳＥＭチップと、メカニカルプローブとを兼ねている。リード電極４０８ａを通じてタングステンチップ４０８ｂと、引き出し電極１１との間に電圧が印加された場合、タングステンチップ４０８ｂから電子が引き出され、引き出し電極１１にて引き出された電子は、加速電極１２によって加速され、試料Ｓを走査する電子線となる。一方、タングステンチップ４０８ｂに印加された高周波は、試料Ｓ表面との相互作用によって応答変動し、該応答変動は、マイクロ波検出部４によって検出される。
変形例４にあっては、実施の形態と同様の作用効果を奏する。
【００８０】
（変形例５及び６）
変形例５に係る走査型粒子検出装置は、変形例２係る走査型粒子検出装置を構成する探針４０８の構成が上述の実施の形態とは異なる。同様に、変形例５に係る走査型粒子検出装置は、変形例３係る走査型粒子検出装置を構成する探針４０８の構成が上述の実施の形態とは異なる。
図１３は、変形例５に係る走査型粒子検出装置の構成を模式的に示す側断面図、図１４は、変形例６に係る走査型粒子検出装置の構成を模式的に示す側断面図である。探針４０８の構成及び作用は、変形例４に係る走査型粒子検出装置と同様である。
変形例５及び６にあっては、変形例２及び３と同様の作用効果を奏する。
【００８１】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８２】
１  真空室
２  マイクロ波発生器
３  サーキュレータ
４  マイクロ波検出部
５  共振器
６  探針駆動機構
７  真空ベローズ
８，４０８  探針
８ａ  マイクロ波伝送線路
８ｂ  導体部
１０  電極駆動部
１１  引き出し電極
１２  加速電極
１３  コンデンサレンズコイル
１４  対物レンズコイル
１５  二次電子検出部
１６  可動ステージ
１８  制御部
１９  記憶部
２０  表示部
２１  操作部
２２２  オージェ電子検出部
２１９ａ  オージェ電子エネルギーテーブル
３２２  特性Ｘ線検出部
３１９ａ  特性Ｘ線エネルギーテーブル
４０８ａ  リード電極
４０８ｂ  タングステンチップ
Ｓ  試料
Ｐ  粒子
【図１】
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【図２】
2010107492.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2010107492.tif 000007
【図６】
2010107492.tif 000008
【図７】
2010107492.tif 000009
【図８】
2010107492.tif 000010
【図９】
2010107492.tif 000011
【図１０】
2010107492.tif 000012
【図１１】
2010107492.tif 000013
【図１２】
2010107492.tif 000014
【図１３】
2010107492.tif 000015
【図１４】
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