(57)【要約】【課題】荷電粒子線を用いる装置において、装置の内壁の汚れを装置を分解することなく調査し、適切なメンテナンス時期を知ることができる装置を提供すること。【解決手段】荷電粒子線装置の荷電粒子線または反跳電子の照射によって、装置の内壁が放出するＸ線を測定して、汚れ物質の量を判別する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子発生源から照射対象に至る過程で、荷電粒子線または反跳した反跳荷電粒子線の照射を受けるところから放出されるＸ線を検出し、かつ検出したＸ線から特性Ｘ線を検知するＸ線検出手段を備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
荷電粒子線を発生させる荷電粒子発生源と、前記荷電粒子線を絞る絞り手段と、絞った荷電粒子線を偏向する偏向手段とを有し、偏向した荷電粒子線を照射対象に照射する荷電粒子線装置において、
前記照射対象に到達するまでの過程で、前記荷電粒子線および該荷電粒子線による反跳荷電粒子線の照射を受けるところから放出されるＸ線を検出し、かつ検出したＸ線から特性Ｘ線を検知するＸ線検出手段を備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子線は電子線であることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２記載の荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子線はイオンビームであることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項２記載の荷電粒子線装置において、
前記照射対象に向って走る前記荷電粒子線の粒子線通路を形成する内壁を有し、前記絞り手段、前記偏向手段を前記粒子線通路に臨むように設け、
前記内壁ないし前記絞り手段で反跳した反跳荷電粒子線が前記内壁の他の部位に照射されて放出されるＸ線を前記Ｘ線検出手段で検出することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項１、請求項２、請求項５の何れか一つにおいて、
前記Ｘ線検出手段はＸ線検出器を含み、このＸ線検出器に特定方向以外からの到来するＸ線を制限するＸ線コリメーターを備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項２記載の荷電粒子線装置において、
前記照射対象に向って走る前記荷電粒子線の粒子線通路を形成する内壁を有し、前記絞り手段、前記偏向手段を前記粒子線通路に臨むように設け、
前記粒子線通路が真空に保たれていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
請求項７記載の荷電粒子線装置において、
前記Ｘ線検出手段でＸ線を検出する際に前記荷電粒子線に偏向を加える専用の偏向器を
前記粒子線通路内に設けたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子線を用いて回路パターン等を半導体ウェハ等に描画する電子線描画装置、および電子線を用いて物体の拡大像を得る電子顕微鏡、およびその他の電子線ならびにイオンビーム応用装置等を含む荷電粒子線装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内部に電子線またはイオンビームなどの荷電粒子線の発生機構を備え、電磁レンズ等を用いて細く絞って標的に照射する、電子顕微鏡、電子線描画装置等の荷電粒子線装置の課題の一つとして、荷電粒子線が通る粒子線通路の内壁の汚れによる定期的なメンテナンスの必要性がある。
【０００３】
荷電粒子線は電磁的に形成された電子光学系またはイオンビーム光学系（荷電粒子光学系）を用いて目標に照射されるが、この荷電粒子線の通り道は、荷電粒子の平均自由行程を高く確保するため、一般によりも真空に保たれている必要がある。このため、電磁レンズ、永久磁石レンズ、電磁偏向器、絞り等、荷電粒子光学系の構成要素は、真空容器の周囲、もしくは一部真空容器の内部に配置される。
【０００４】
この真空容器は、荷電粒子線装置の稼動中、真空に保たれているが、真空ポンプの性能的限界から、油分等の残留ガスや荷電粒子線標的からの脱離ガスを完全に取り除くことは困難である。装置の使用を続けると、残留ガスと荷電粒子の相互作用による、反応性の高い分子片（ラジカル）等の発生により、真空容器の内壁およびその他の装置内の構造物への汚れの付着が見られる。特に残留ガスに多く含まれる炭化水素による汚れの影響は大きく、容器内部部品への汚れの蓄積が発生する。
【０００５】
荷電粒子線は電荷をもつため、電磁場による偏向を受けるが、この真空容器内の汚れに特に大きな影響を受ける。これは主として、金属製の部品の表面に、汚れによって絶縁膜が形成されることにより、反跳電子等による電荷が残存し、局所的な電場を形成するからであると考えられる。このため、荷電粒子線の針路を安定化し、装置の性能を維持するために、装置の絞り周辺など、特に荷電粒子線通路近傍で反跳電子の集中する位置の装置内構造物については、定期的なクリーニングまたは部品交換による汚れの除去が欠かせない。
【０００６】
しかしながら、装置内部のクリーニングのためには、真空ポンプを停止し装置内部に大気を導入した上で、分解しなければならない場合がほとんどであり、そのためには装置の通常動作を停止させる必要がある。これは作業に多額の費用がかかるだけでなく、停止期間分の装置の生産性の低下を招き、避けたい事態である。電子線装置においては、これまで、装置を分解せず、ガスの導入により内部の汚れを除去するものや（例えば、特許文献１参照）、内壁に触媒を形成して汚れをつきにくくするもの（例えば、特許文献２参照）が知られているが、汚れの程度を調査することによって装置のクリーニング回数を減らすことができれば、生産性の向上に大きく寄与することができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−２４５７１６号公報
【特許文献２】
特開２００２−２４８３３８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、荷電粒子線装置において、装置内の構造物の汚れを装置を分解することなく調査／検知し、適切なメンテナンス時期を知ることができるものを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目標を達成するために、本発明は、荷電粒子発生源から照射対象に至る過程で、荷電粒子線または反跳した反跳荷電粒子線の照射を受けるところから放出されるＸ線を検出し、かつ検出したＸ線から特性Ｘ線を検知するＸ線検出手段を備えることを特徴とする
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、荷電粒子線装置の一例として、電子線描画装置における実施形態の概略構成を表す縦断面図である。図１において、６は電子線を生成、収束させる機能を持つ電子光学系である。電子銃１０１によって生成された電子線３は、陽極１０２との電位差によってエネルギー数十キロ電子ボルトに加速され、絞り１０４、１０６および電磁レンズ１０３、１０５、１０７によって成形、縮小され、偏向器１０８によって偏向を受けて、試料１に照射され、回路パターン等が描画される。
【００１１】
また、試料１は試料室を含む試料装置７の中で、試料保持機構１０９に固定され、試料移動機構１１０の上で水平方向に移動可能である。試料は試料交換室を含む試料交換装置８内に置かれた別の交換用試料１１１と自動的に交換可能で、複数の試料について連続して描画を行うことができる。これら電子光学系６、試料装置７、試料交換装置８等は、制御用計算機９によってコントロールされ、無人動作が可能になっている。
【００１２】
電子銃１０１で発生した電子線はプラスの高電位をもつ陽極１０２に引かれる。電磁レンズ１０３、絞り１０４、電磁レンズ１０５、絞り１０６、電磁レンズ１０７、電子線偏向器１０８によって電子線は試料１に照射するように導かれる。
【００１３】
制御用計算機による電子線描画装置への制御情報の流れは、矢印１１２に示すとおりである。
【００１４】
ここで、電子線３の照射によって、絞り１０６からＸ線４が放出されている。このＸ線４はＸ線検出器２によって検出され、矢印１１３に示すようにＸ線エネルギースペクトル弁別器５に送られる。Ｘ線エネルギースペクトル弁別装置５では、そのＸ線観測信号をエネルギー分布に変換し、得られた情報を制御用計算機９に送り出している。
【００１５】
Ｘ線検出器２、Ｘ線エネルギースペクトル弁別装置５を含めてＸ線検出手段と言う。
【００１６】
試料移動機構１１０は、試料移動機構の動作を表す矢印１１４、１１５の方向に移動することにより、照射を受ける試料１の位置を変える。
【００１７】
次に、検出されたＸ線から汚れ物質の量を判別する手段について説明する。図２は電子線を照射された原子の模式図である。
【００１８】
図２において、原子２０１は試料を構成する原子であり、原子核２０２の周囲に電子２０３、２０４が配置されている。このように模式化した場合、もっとも原子核に近い軌道２０５をＫ殻と呼び、この軌道を回る２０３をＫ殻電子という、以下、原子核２０２に近い順にＬ殻、Ｍ殻等と名づけられている。図にはＬ殻２０６およびＬ殻電子２０４まで書かれている。
【００１９】
ここに試料１に照射されている電子線３の一部である高速電子２０８が入射する。電子線描画装置をはじめほとんどの荷電粒子線装置においては、一般に照射された電子２０８は、原子２０１をその種類によらず励起させ、Ｘ線を放出させるに十分なエネルギーを持つ。さらにこのエネルギーは、ウラン原子など特に重い幾つかの原子をのぞくほとんどの種類の原子について、Ｋ殻電子２０３を反跳させるために十分なエネルギーである。入射電子２０８によってＫ殻電子２０３を一つ、二次電子２０９の形で失った原子２０７は、まもなく周辺のいずれかの電子２１３を空いたＫ殻２１１に捕獲し、差のエネルギーを電磁波の形で放出する。これがＸ線２１２である。原子から放出されるＸ線のうち、Ｋ殻のような内殻電子を原因として発生するＸ線をその原子の特性Ｘ線という。２１０は特性Ｘ線を放出する原子、２１２は放出される特性Ｘ線、２１３は空位を埋める電子、２１４は原子に入射する高速電子である。
【００２０】
図３は、観測されるＸ線のエネルギースペクトルを模式的に示した概念図である。物質に電子線を照射して得られるＸ線スペクトルは、電子線の制動輻射等による連続したエネルギーをもつ連続Ｘ線３０１と、鋭いピークを持つ３０２、３０３のような特性Ｘ線からなっている。
【００２１】
上で説明した特性Ｘ線の発生機構から、この特性Ｘ線のエネルギーまたは波長は原子の種類によって特徴的であり、特性Ｘ線の波長を測定することで、Ｘ線を放出している原子の種類を知ることができる。
【００２２】
したがって、得られた特性Ｘ線の波長を炭素や水素、あるいは内壁（荷電粒子線の粒子線通路を形成する内壁）を構成する原子の原子番号と照合することで、汚れ物質が存在するかどうか、またどれくらいの密度で存在するかがわかり、電子線描画装置を停止させなくても、汚れ物質の蓄積を判別することができる。
【００２３】
汚れ物質判別について説明する。図４の（ａ）において、電子線４０４および４０７が照射されている金属壁面４０１がある。図４の（ｃ）にあるように壁面４０１に汚れ４０２が付いている場合、放出されるＸ線４０３および４０６のエネルギースペクトルを分析すると、図４の（ｂ）、図４の（ｄ）にそれぞれ示すように、壁面が放出するＸ線のエネルギースペクトル４０５および汚れ物質が付着した壁面が放出するＸ線のエネルギースペクトル４０８のように、構成する原子の原子番号の違いから、それぞれ異なった様相を示す。より具体的には、特性Ｘ線のピークのエネルギーが、スペクトル４０５に比べ４０８では異なった位置に新たに現れる（ピーク４０９）。このピークのエネルギーは物質の原子番号によって一義的に決定されるから、ピーク４０９の位置および高さから、汚れ物質の原子番号およびその量を知ることができる。
【００２４】
本発明の解決すべき課題は、絞り、偏向器および粒子線通路の内壁を構成する部品のメンテナンス時期を知り、過不足なくメンテナンスを実施することである。Ｘ線によって検知した汚れの情報と、この知りたい情報を結びつけるために、スペクトルのどのピークがどのレベルに達したら交換を行うべきかという判断のほか、装置のどの位置のどの部品をメンテナンスすべきかという情報が必要になる。
【００２５】
前者の判断については、他の計測手段によって求められる装置の性能を基準にすることができる。たとえば電子線描画装置の場合であれば、まず実験用の装置において電子線の位置精度等が低下した状態まで使用し、その状態におけるＸ線スペクトルを取得し、汚れ物質のピークの高さと金属によるピークの高さとの比の基準を作成する。実用稼動製品である装置においては、この両情報を用いて位置精度が低下する前に効率よい交換を行うことができ、また他の原因による性能低下と汚れによる性能低下を区別することができる。
【００２６】
後者について述べる。どの部品をメンテナンスすべきかについては、同様に実験用の装置によって基準を求めることができるが、装置内に専用に設けられた荷電粒子偏向器を使用することで、または他の目的のために備えられた荷電粒子線偏向器を流用することで、汚れ物質が装置の内壁のどの位置に多く付着しているかを測定することもできる。
【００２７】
図５に専用の偏向器を用いた場合の例を示す。図５の（ａ）、図５の（ｂ）、図５の（ｃ）は同一の荷電粒子線装置である。
【００２８】
荷電粒子線の粒子線通路が内壁５０２で形成され、この内壁５０２に電子銃１０１（荷電粒子発生源）、絞り１０６、電子線偏向器１０８、専用の電子線偏向器５０１が内置される。電子銃１０１から放された電子線（荷電粒子線）は試料（照射対象）に向って照射粒子線通路内を通って試料に照射される。照射粒子線通路には、電子銃１０１、絞り１０６、および電子線偏向器１０８の一部が臨むように置くことも可能である。粒子線通路は、粒子線が減衰せずに照射対象に良く到達するように高い真空度に保たれている。
【００２９】
専用の電子線偏向器５０１を用いて、荷電粒子線３を偏向して内壁５０２または絞り１０６に照射する。その位置からのＸ線４を検出器２で観測することで、照射部分の汚れを判別し、どの位置において汚れ物質が多いか、従ってその部分の部品をメンテナンスすべきかを知ることができる。この情報は、汚れ−性能の関係情報と合わせて用いるとさらに効果的になる。
【００３０】
ここで、いま述べたように、専用ないし他と共用の偏向器を用いると、装置内部の任意の位置における部品の汚れを検知することができることを示したが、偏向器を全く用いず、装置が運転状態にある場合でも、装置の適切な位置に置かれたＸ線検出器を用いれば、汚れに関して概略的な情報を得ることができる。
【００３１】
この機構について図６を用いて説明する。
【００３２】
図６は、運転状態にある電子線描画装置であり、図１と異なり、電子線３が空間的広がりを持つように、現実に即して描いてある。一般に荷電粒子線装置においては、発生した電子ビームを絞りを用いて何段階かに分けて絞り、残った電子線を試料に照射している。図６においても、電子線３が絞り６０１によって絞られて電子線６０２となっている。
【００３３】
また、試料へのビーム照射を高速でオン／オフするために「ブランカー」と呼ばれる機構を備えており、試料に照射されない電子線は、装置内の絞りの特定箇所に偏向照射され、停止される。図６においては、ブランカー６０４によって電子線が絞り６０３によって停止する様子が模式的に書かれている。Ｘ線検出器によって装置の稼動中に装置が放出するＸ線を検査すると、これら絞りなどの電子線照射部分について、汚れの検査をすることができる。
【００３４】
装置の稼動中に電子線が照射される、装置内の部品は、一般に高温になり、電子線の通り道の近傍であることから、汚れやすいと同時に汚れによる影響が最も大きい部分であり、特性Ｘ線検出による汚れ量モニターを行う部分として適切である。
【００３５】
また、装置稼動中の、絞り以外の直接電子線の照射を受けない部分についても、特性Ｘ線検出を行うことはある程度意味がある。図６において、荷電粒子線照射を受けた絞りは、反跳電子と呼ばれる反射電子を周囲に反射する。この電子の発生機構は、照射を受けた原子が内部にある電子を散乱されること、また照射荷電粒子が電子線である場合には入射した電子が内部にある原子に反射されることによって生じる。この二次電子は大きなエネルギーをもっている場合が少なくなく、絞り周辺の装置内構造にＸ線を発生させるに足るエネルギーをもっている。このＸ線によって、絞り周辺の装置内構造についても汚れ検査を行うことができる。図６においては、反跳電子６０５が電子線６０２を絞り６０３に照射することによって発生し、内壁に衝突してＸ線６０７を放出する様子が描かれている。実際の装置においては、絞りそのものから出るＸ線の強度がはるかに高いため（一次の荷電粒子線に比べ、二次電子のエネルギーと数が少ないため）、絞りからのＸ線を検知しないようにＸ線絞り６０６（Ｘ線コリメーター）等を用いて特定箇所からのＸ線を検出するよう注意する必要がある。
【００３６】
上述した汚れ情報は、装置を常時監視し、装置のオペレーターに対して知らせるシステムとして実現することができる。このシステムについて、図７のブロック図に沿って説明する。
【００３７】
汚れ監視装置としてのＸ線検出器２を備えた荷電粒子線装置７０１では、特定の汚れ物質に対応した特性Ｘ線のピークについて常時データ取得を行い、検出装置５において一定時間ごとのエネルギースペクトルを作成している。これがある一定量を越えた場合、オペレーターに対して、専用の信号機７０２（メンテナンス時期をオペレーターに明示する）ないし操作用コンピューター９を通じてメンテナンスが必要であるとの指示情報７０６（制御用計算機表示装置上に表示されたメンテナンス情報）を伝達する。
【００３８】
７０７はＸ線エネルギースペクトル弁別器からメンテナンス時期をオペレーターに明示する装置に向かう情報の流れを模式的に表す矢印、７０８はＸ線検出器からＸ線エネルギースペクトル弁別器に向かう情報の流れを模式的に表す矢印、７０９はＸ線エネルギースペクトル弁別器から制御用計算機に向かう情報の流れを模式的に表す矢印、７１０は制御用計算機と荷電粒子線装置の間を流れる制御情報および装置の現在の状態に関するさまざまな情報の流れをまとめて模式的に表した矢印、７１１はＸ線エネルギースペクトル弁別器からメンテナンス時期情報を発信する情報機器への情報の流れを模式的に表す矢印である。
【００３９】
検出装置５については、機能の一部を操作用コンピューター９に含むことも可能である。また、別の情報伝達経路として、インターネット（インターネットないし無線等による情報経路を模式的に表す稲妻形の形象７０４）ないし無線等のメンテナンス時期情報を発信する情報機器７０３、情報伝達路７０４を通じて、サービスマン等に直接情報を送ることもできる。サービスマンは、サービスマン等装置から離れた位置にいる者が持つメンテナンス時期に関する情報の受信装置７０５を携帯する。
【００４０】
専用ないし他用途用の荷電粒子偏向器を用いた汚れ精査については、定期的に「汚れ検査動作」として実施することで、より詳しい汚れ情報を得ることができるシステムとして実現することも可能である。
【００４１】
以上のように、本実施例によれば、電子線描画装置において、装置の内壁への汚れ物質の付着量を装置を分解することなくモニターすることができ、適切なメンテナンス時期を知ることができ、メンテナンスが容易になる。メンテナンスが適正な時期に行なえるので稼動効率のよい電子線描画装置または描画方法を提供することができる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、特性Ｘ線を検知することにより、分解することなく荷電粒子線装置の内壁の汚れを知ることができるので、メンテナンスが容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係るもので、電子線描画装置の概略を示す縦断面図。
【図２】電子線を照射された原子が特性Ｘ線を放出する経過を説明した模式図。
【図３】本発明の実施例に係るもので、得られるＸ線エネルギースペクトルを示す図。
【図４】本発明の実施例に係るもので、金属壁上に汚れ物質がある場合とない場合について測定されるＸ線エネルギースペクトルの差を示す図。
【図５】本発明の実施例に係るもので、専用の偏向器を用いて装置の内壁の汚れを探索する手順および方法について説明した荷電粒子線装置の縦断面図。
【図６】本発明の実施例に係るもので、荷電粒子線の装置内構造物への照射および照射によって発生する反跳電子によって発生したＸ線を検出する機構を示す図。
【図７】本発明の実施例に係るもので、得られた特性Ｘ線強度情報をオペレーター等に通報するシステムの構成を示した模式図。
【符号の説明】
１…試料、２…Ｘ線検出器、３…電子線、４…Ｘ線、５…Ｘ線エネルギースペクトル弁別器、６…電子光学系、７…試料室、８…試料交換室、９…制御用計算機、１０１…電子銃、１０２…陽極、１０３…電磁レンズ、１０４…絞り、１０５…電磁レンズ、１０６…絞り、１０７…電磁レンズ、１０８…電子線偏向器、１０９…試料保持機構、１１０…試料移動機構、１１１…交換用試料、１１２…制御用計算機による電子線描画装置への制御情報の流れを示す矢印、１１３…Ｘ線検出器からＸ線エネルギースペクトル弁別器への情報の流れを示す矢印、１１４…試料移動機構の動作を表す矢印、１１５…試料移動機構の動作を表す矢印、２０１…内壁等を構成する原子、２０２…原子核、２０３…Ｋ殻電子、２０４…Ｌ殻電子、２０５…Ｋ殻、２０６…Ｌ殻、２０７…Ｘ線によって励起された原子、２０８…原子において反跳した電子、２０９…二次電子、２１０…特性Ｘ線を放出する原子、２１１…Ｋ殻の空位、２１２…放出される特性Ｘ線、２１３…空位を埋める電子、２１４…原子に入射する高速電子、３０１…特性Ｘ線ピーク（Ｋα）、３０２…特性Ｘ線ピーク（Ｋβ）、３０３…連続Ｘ線、４０１…装置の金属壁面、４０２…炭化水素等による汚れ、４０３…金属面からのＸ線、４０４…金属面に入射する電子、４０５…金属面からのＸ線のエネルギースペクトル、４０６…汚れがある金属面からのＸ線、４０７…汚れがある金属面に入射する電子、４０８…汚れがある金属面からのＸ線のエネルギースペクトル、４０９…汚れ物質の特性Ｘ線のピーク、５０１…内壁に電子線を照射するための電子線偏向器、５０２…装置の内壁、６０１…電子線絞り、６０２…絞りによって絞られた電子線、６０３…電子線絞り、６０４…ブランカー、６０５…絞りによって反射された反跳電子、６０６…Ｘ線絞り、６０７…反跳電子によって励起された原子から放出されるＸ線、７０１…荷電粒子線装置本体、７０２…メンテナンス時期をオペレーターに明示する装置、７０３…メンテナンス時期情報を発信する情報機器、７０４…インターネットないし無線等による情報経路を模式的に表す稲妻形の形象、７０５…サービスマン等装置から離れた位置にいる者が持つメンテナンス時期に関する情報の受信装置、７０６…制御用計算機表示装置上に表示されたメンテナンス情報、７０７…Ｘ線エネルギースペクトル弁別器からメンテナンス時期をオペレーターに明示する装置に向かう情報の流れを模式的に表す矢印、７０８…Ｘ線検出器からＸ線エネルギースペクトル弁別器に向かう情報の流れを模式的に表す矢印、７０９…Ｘ線エネルギースペクトル弁別器から制御用計算機に向かう情報の流れを模式的に表す矢印、７１０…制御用計算機と荷電粒子線装置の間を流れる制御情報および装置の現在の状態に関するさまざまな情報の流れをまとめて模式的に表した矢印、７１１…Ｘ線エネルギースペクトル弁別器からメンテナンス時期情報を発信する情報機器への情報の流れを模式的に表す矢印。
【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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【図７】
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