(57)【要約】【目的】本発明は、荷電粒子線照射により帯電して像観察の支障となり易い半導体ウェハやフォトマスク等の試料の表面の観察、検査、加工を行う荷電粒子線装置および荷電粒子線像生成方法に関し、予備排気室あるいは試料室中などで電子線等で帯電した試料の表面あるいは近傍を大気あるいは減圧雰囲気あるいは所定ガス雰囲気に保持した状態で、軟Ｘ線を照射して正イオンおよび負イオンの生成効率を高めて試料の表面の電荷を効率的に除電することを目的とする。【構成】  試料を収納する試料室あるいは所定の部屋に配置し、試料あるいは試料の近傍を、軟Ｘ線で照射する軟Ｘ線発生器と、試料室あるいは部屋を所定雰囲気にした状態で、軟Ｘ線発生器を制御して発生させた軟Ｘ線を試料あるいは試料の近傍に照射して正イオンおよび負イオンを生成し、試料の表面の電荷の除電を制御する手段とを備える。【選択図】        図１【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線を試料に照射するレンズ系と、荷電粒子線で前記試料を照射し放出あるいは透過した電子線などを検出して画像を生成する画像生成手段とを備えた荷電粒子線装置において、
前記試料を収納する試料室あるいは所定の部屋に配置し、当該試料あるいは当該試料の近傍を、軟Ｘ線で照射する軟Ｘ線発生器と、
前記試料室あるいは前記部屋を所定雰囲気にした状態で、前記軟Ｘ線発生器を制御して発生させた軟Ｘ線を前記試料あるいは前記試料の近傍に照射して正イオンおよび負イオンを生成し、当該試料の表面の電荷の除電を制御する手段と
を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
前記試料の画像を生成する前あるいは画像の生成を終了した後あるいは両者で、前記軟Ｘ線を当該試料あるいは当該試料の近傍に照射して除電することを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
【請求項３】
前記試料の画像を生成中に、当該画像の生成を一時的に停止し、前記軟Ｘ線を当該試料あるいは当該試料の近傍に照射して除電した後、画像の生成を再開することを特徴とする請求項１あるいは請求項２記載の荷電粒子線装置。
【請求項４】
前記軟Ｘ線発生器と前記試料との距離を任意に調整する機構を設け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。
【請求項５】
前記軟Ｘ線発生装置と前記試料との距離を３０ｃｍから１５０ｃｍの範囲内としたことを特徴とする請求項４記載の荷電粒子線装置。
【請求項６】
前記所定雰囲気として、空気、酸素、窒素、不活性のガスあるいはこれら２つ以上の混合ガスとし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。
【請求項７】
前記雰囲気の圧力として、大気圧から０．１Ｔｏｒｒの範囲内としたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の荷電粒子線装置。
【請求項８】
荷電粒子線を試料に照射するレンズ系と、荷電粒子線で前記試料を照射し放出あるいは透過した電子などを検出して画像を生成する画像生成手段とを備えた荷電粒子線装置において、
前記試料を収納する試料室あるいは所定の部屋に配置し、当該試料あるいは当該試料の近傍を、軟Ｘ線で照射する軟Ｘ線発生器を設け、
前記試料室あるいは前記部屋を所定雰囲気にした状態で、前記軟Ｘ線発生器を制御して発生させた軟Ｘ線を前記試料あるいは前記試料の近傍に照射して正イオンおよび負イオンを生成し、当該試料の表面の電荷の除電を制御するステップを有する荷電粒子線像生成方法。
【請求項９】
前記試料の画像を生成する前あるいは画像の生成を終了した後あるいは画像生成中に当該画像の生成を一時的に停止してあるいは前記２つ以上で、前記軟Ｘ線を当該試料あるいは当該試料の近傍に照射して除電することを特徴とする請求項８記載の荷電粒子線像生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線照射により帯電して像観察の支障となり易い半導体ウェハやフォトマスク等の試料の表面の観察、検査、加工を行う荷電粒子線装置および荷電粒子線像生成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体ウェハやフォトマスク表面の観察やパターン測長に、電界放出型走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）が用いられている。また、フォトマスクパターンの修正に集束イオンビーム装置（ＦＩＢ）が用いられている。しかし、これら被観察用あるいは被測長用の試料の表面は、全体あるいは一部が非伝導性材料で構成されているため、荷電粒子の照射により表面が帯電し、観察あるいは測長あるいは加工に支障となることがある。【０００３】
このため、大気中あるいは大気を減圧した雰囲気中あるいは他のガス雰囲気中に試料を置いて紫外線を照射して正イオンおよび負イオンを発生させ、試料上の電荷を中和（除電）することが行われている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述した重水素ランプから放出された紫外線を減圧した雰囲気中の試料に照射して正イオンおよび負イオンを発生させ、当該試料上の電荷を中和して帯電を除電する技術では、以下のような問題があった。【０００５】
１．ガス原子・分子が中性で安定した基底状態では、電子は、エネルギー準位の最も低い軌道上に存在する。【０００６】
２．これに、例えば１光子（紫外線の１光子）が当り吸収されると、１つの電子が外側の該当準位の軌道上に移動する（いわゆる励起する）。この状態では、電気的に中性であるが、不安定な状態であり、およそ１〜２秒で元の基底状態に戻ってしまう。【０００７】
３．基底状態に戻る前に、別の光子（紫外線の１光子）が当り、エネルギーを吸収すると、励起された電子が、更にエネルギーを得ることによって、当該電子は軌道から飛び出し、原子・分子の拘束から完全に解放される。結果として、正イオン（電子を放出した元の原子あるいは分子）と、放出された電子が短時間で他の中性分子（中性原子）と結合して負イオンとの両者が形成される。【０００８】
４．そして、試料上の電荷は、上記形成された正イオンあるいは負イオンによって中和され帯電を除電する。【０００９】
しかし、ＵＶ光では、中性ガス原子・分子を１光子のエネルギーだけでは、イオン化することができず、例えば２つの光子のエネルギーによって正イオンおよび負イオンが形成されるため、その生成効率が低く、強いＵＶ光が必要とされてしまうなどの問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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当該試料から放出される２次電子線などを検出して画像を生成する荷電粒子線装置において、予備排気室あるいは試料室中などで電子線等で帯電した試料の表面あるいは近傍を大気あるいは減圧雰囲気あるいは所定ガス雰囲気に保持した状態で、ＵＶ光よりもエネルギーの大きい軟Ｘ線を照射して正イオンおよび負イオンの生成効率を高めて当該試料の表面の電荷を効率的に除電することを目的としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、荷電粒子線を試料に照射して当該試料から放出される２次電子線などを検出して画像を生成する荷電粒子線装置において、予備排気室あるいは試料室中などで電子線等で帯電した試料の表面あるいは近傍を大気あるいは減圧雰囲気あるいは所定ガス雰囲気に保持した状態で、ＵＶ光よりもエネルギーの大きい軟Ｘ線を照射して正イオンおよび負イオンの生成効率を高めて当該試料の表面の電荷を効率的に除電することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、荷電粒子線を試料に照射して当該試料から放出される２次電子線などを検出して画像を生成する荷電粒子線装置において、予備排気室あるいは試料室中などで電子線等で帯電した試料の表面あるいは近傍を大気あるいは減圧雰囲気あるいは所定ガス雰囲気に保持した状態で、ＵＶ光よりもエネルギーの大きい軟Ｘ線を照射して正イオンおよび負イオンの生成効率を高めて当該試料の表面の電荷を効率的に除電することを実現した。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明のシステム構成図を示す。以下の実施例では、荷電粒子線（電荷を持った粒子線である、電子線、イオン線など）のうちの電子線を用い、かつ細く絞った電子線を試料（マスク）に照射した状態で平面走査（Ｘ方向およびＹ方向に走査）し、当該試料から放出された２次電子を検出・増幅して画像（２次電子像という）を生成する例について以下順次詳細に説明する。尚、他の荷電粒子線（イオン線など）も同様であり、また、以下で述べる電子線を試料に照射して放出された２次電子を検出・増幅して画像を得ると同様に、透過した電子線、反射した電子線を検出・増幅した画像（いわゆるＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）の透過画像、反射画像）を生成したり、試料の全面に電子ビームを照射し、透過した電子線をＣＣＤ（あるいはＣＣＤカメラ）で検出・増幅した画像（いわゆるＳＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）の透過画像）を生成したりしてもよい。【００１４】
図１において、マスクマガジン１は、試料であるマスク２を多数、収納する、内部が清浄な（クリーンな）マガジンである。【００１５】
マスク２は、半導体パターンなどの露光用のマスクである。
予備室３は、マスクマガジン１を装着し、清掃な状態で当該マスクマガジン１内のマスク２を取り込んで一時的に保管したり、処理済のマスク２を清掃な状態で当該マスクマガジン１内に搬送するための部屋である。予備室３は、通常は大気圧であるが、必要に応じてマスク２を取り込んでマスクマガジン１との境の図示外のゲートを閉めて低真空（大気圧から０．１Ｔｏｒｒ程度の低真空）に真空排気するようにしてもよい。尚、特許請求の範囲の軟Ｘ線をマスク２に照射する「部屋」は、図１のメインチャンバー６（特許請求の範囲では「試料室」という）以外のサブチャンバー５、予備室３などのＸ線発生器４を装着する部屋である。【００１６】
Ｘ線発生器４は、軟Ｘ線を発生してマスク２を照射し、当該マスク２の電荷を除電するためのものである（図３、図４参照）。【００１７】
サブチャンバー５は、マスク２の周囲を低真空に排気するための部屋あって、ここでは、予備室３とメインチャンバー６との間に設けた部屋である。【００１８】
メインチャンバー６は、マスク２をステージ９に載置し、荷電粒子光学系８で、ここでは、細く絞った電子線ビームで試料である当該マスク２の表面を走査（ＸおよびＹ方向に面走査）し、放出された２次電子を２次電子検出器７で検出・増幅し画像（２次電子画像）を生成するための真空（通常は１０−６Ｔｏｒｒ位）の部屋である。【００１９】
２次電子検出器７は、マスク２から放出された２次電子を検出・増幅するものであって、正の電圧を印加してマスク２から放出された２次電子を収集して検出・増幅するものである。尚、マスク２から放出された反射電子や光やＸ線を検出する場合には、２次電子検出器７の代わりに、それぞれに対応する検出器（反射電子検出器、光検出器、Ｘ線検出器）を設ける。【００２０】
荷電粒子光学系８は、荷電粒子を発生させてマスク２に照射するものであって、ＳＥＭの場合には電子線を発生して細く絞ってマスク２の表面を面走査（ＸおよびＹ方向に走査）するためのものである。ＳＴＥＭの場合には電子線を発生してマスク２の全面に照射するものである。【００２１】
ステージ９は、マスク２を載置し、Ｘ方向およびＹ方向に移動する台である。ステージ９に載置したマスク２のＸ方向およびＹ方向の移動量は、図示外のレーザ干渉計などにより高精度にその位置をリアルタイムに計測し、パソコン（制御部）１１が計測した位置情報をもとに所定の位置に制御するようにしている。【００２２】
画像１０は、マスク２を電子ビームで平面走査して２次電子を検出・増幅し、輝度変調した画像（いわゆる２次電子画像）などをディスプレイ上に表示したものである。【００２３】
パソコン（制御部）１１は、図１に図示の装置の全体を制御する制御部であって、ここでは、Ｘ線照射手段１２などから構成されるものである（例えば図２のフローチャートに従い制御を行うものである）。【００２４】
次に、図２のフローチャートの順番に従い、図１の構成の動作を詳細に説明する。
図２は、本発明の動作説明フローチャートを示す。【００２５】
図２において、Ｓ１は、マスク２をマスクマガジン１にセットする。これは、図１の装置でパターン寸法を測長しようとするマスク２をマスクマガジン１にセット、あるいは図示外のクリーンルーム内で図１の装置でパターン寸法を測長しようとする対象のマスク２をマスクマガジン１にセットし、図示の位置に装着する。【００２６】
Ｓ２は、予備室３に搬送する。これは、Ｓ１でマスクマガジン１にセットされたマスク２を図示外の機構（ロボット）で取り出し、予備室３の図示のマスク２の位置に搬送する。そして、必要に応じて、大気から０．１Ｔｏｒｒの範囲内の所定の圧力に調整する（あるいは所定のガス（酸素、窒素、不活性ガスあるいはこれらの混合ガスで所定圧力に調整する）。【００２７】
Ｓ３は、Ｘ線照射する。これは、Ｓ２で予備室３に搬送したマスク２の上方から、Ｘ線発生器４（後述する図３参照）から軟Ｘ線を所定時間、照射し、マスク２の表面近傍に正イオンおよび負イオンを生成し、マスク２の表面の電荷を除電（中和）する。ここで、マスク２を軟Ｘ線で照射する強さはＸ線発生器４とマスク２との距離を調整し、照射する時間は軟Ｘ線を発生させる時間を調整する（図１のパソコン（制御部）１１を構成するＸ線照射手段１２が調整する）。距離は通常３０ｃｍから１．５ｍであり、照射時間は２０秒から６０秒である（これら距離、照射時間は上記例に限られることなく、実験でマスク２の電荷が除電される最適な値を求めて任意に決める）。ここで、レジスト付マスク２の場合には軟Ｘ線の照射による当該マスク２のパターンへの影響（寸法の変化など）を避けるために若干少ない（例えば距離を１ｍ以上離す、あるいは照射時間を例えば２０秒と短く）し、一方、レジスト付でないマスク２の場合には当該マスク２の電荷が十分に中和（除電）されるように若干多めに（例えば距離を１ｍ以下、あるいは照射時間を例えば３０秒と若干長く）する。また、実験では、軟Ｘ線の強度は１５ｍＳＶ／ｈ２程度を用いた（ＳＶはシーベルト、ｈは時間、１ｍ離れた位置での数値であって、胸部健康診断のレントゲン撮影に用いる強度の約５０００分の１です）。尚、本発明では、軟Ｘ線を用いるためにガラスや薄い金属で容易に遮蔽でき、外部に漏洩しないようにする。【００２８】
Ｓ４は、サブチェンバー５に移送する。これは、Ｓ３でＸ線照射してマスク２の電荷を除電（中和）した後、マスク２を図１のサブチェンバー５に移送する。そして、予備排気し、メインチャンバ６との間の図示外の仕切弁を開にしても当該メインチャンバー６の圧力が動作に影響しない程度に真空排気（予備排気）する。【００２９】
Ｓ５は、メインチャンバー６で作業を行う。例えばメインチャンバー６のステージ９にマスク２を載置し、荷電粒子光学系８から細く絞った電子ビームを当該マスク２に照射した状態で当該電子ビームを平面走査し、放出された２次電子を２次電子検出器７で検出・増幅し画像（２次電子画像）１０を表示する。そして、画像１０上でマスク２の所定のパターンの寸法を測長などする。【００３０】
Ｓ６は、Ｘ線の照射が要か判別する。これは、Ｓ５の作業中（測長中）に、現在測長中の場所、あるいは定期的に表示させる特定の場所の
・画像の色調（白黒の色調）が所定以上変化
・画像の位置が所定以上移動
などした場合に、帯電したと判断し、Ｘ線の照射が要（帯電した電荷の除電（中和）の要）か判別する。ＹＥＳの場合には、Ｓ３に戻り、Ｘ線照射してマスク２の電荷の除電などを行い、Ｓ４、Ｓ５で再度、作業を再開する（一時的に中止した場所から再開、あるいは所定前あるいは最初から作業を開始する）。一方、Ｓ６のＮＯの場合には、Ｘ線の照射不要と判別されたので、Ｓ７で外部に取り出す（図１のメインチャンバー６内のマスク２をサブチャンバ−５、予備室３を経由してマスクマガジン１に搬送して収納する）。尚、Ｓ６のＮＯのマスク２の作業の終了した後、マスク２が予備室３に搬送されたときに、Ｓ３と同様にしてＸ線をマスク２に照射し、当該マスク２に電子線ビームを照射して作業したときの電荷を完全に除電（中和）した後、マスクマガジン１に収納するようにしてもよい。即ち、
・マスク２をメインチャンバー６に搬送する前に軟Ｘ線を照射して電荷を除電（中和）
・マスク２をメインチャンバー６のステージ９に載置して作業中に、一時的に作業を停止し、予備室３に戻して（あるいはメインチャンバー６内で）所定雰囲気中にして軟Ｘ線を照射し電荷を除電した後、再度、作業を再開する。【００３１】
・マスク２をメインチャンバー６のステージ９に載置して作業終了後に、予備室３に戻して軟Ｘ線を照射して電荷を完全に除電した後、マスクマガジン１に収納する。そして、次の工程に進む。【００３２】
以上によって、マスク２をメインチャンバー６のステージ９に載置する前に軟Ｘ線を当該マスク２に照射して電荷を除電したり、マスク２をステージ９に載置して作業中に当該作業を一時的に停止してマスク２に軟Ｘ線を照射して電荷を除電した後に作業を再開したり、作業終了後にマスク２に軟Ｘ線を照射して電荷を除電したりすることが可能となる。【００３３】
尚、軟Ｘ線のマスク２への照射は、予備室３で行ったが、サブチャンバー５、更に、メインチャンバー６を大気圧から０．１Ｔｏｒｒ程度の雰囲気（空気、酸素、窒素、不活性ガスあるいはこれら２つ以上の組み合わせガスの雰囲気）にして当該軟Ｘ線を照射して電荷の除電を行うようにしてもよい。【００３４】
図３は、本発明のＸ線発生器の例を示す。図示のＸ線発生器４は、反射型であって、ランプの形態を持つものである。反射型Ｘ線発生器４は、電子源４１で発生された電子を、加速電極４２で加速（例えば数ＫＶから百数十ＫＶで加速）および集束してターゲット（タングステン）４４に照射し、ターゲット４４から下方に反射する態様で放出された軟Ｘ線（数Ｋｖから百数十ＫＶに加速した電子をターゲット４４に照射したときに放出される連続した軟Ｘ線あるいは更に特性Ｘ線を含めた軟Ｘ線）を薄いベリリウム板４６（当該ベリリウム板４６の内部は真空であるので、軟Ｘ線の吸収が小さい材料である当該ベリリウム板４６）を介して外部（大気圧あるいは所定減圧した圧力）に取り出すものである。【００３５】
以上の構造をランプ形状の図示の反射型Ｘ線発生器４に持たせることにより、軟Ｘ線を容易に生成して取り出し、図１の構造のもとでマスク２の表面の全体に照射することが可能となる。【００３６】
図４は、本発明の説明図を示す。これは、Ｘ線発生器４４のＸ線取り出し口（ベリリウム板）４６から取り出した軟Ｘ線を試料（マスク）２の表面に照射した場合、試料２の表面の近傍に、軟Ｘ線で照射された空気の分子（原子）が励起されて正イオン（＋イオン、正の電荷を持つ空気の分子（原子））および負イオン（−イオン、負の電荷（電子）を持つ空気の分子（原子））が生成され、試料２の表面の帯電した負電荷（電子）は正イオンで中和（除電）される。一方、試料２の表面に帯電した正電荷は負イオンで中和（除電）される。【００３７】
以上のように、Ｘ線発生器４から放出された軟Ｘ線を試料（マスク）２の表面あるいはその近傍を照射すると、試料２の表面の近傍に、正イオンおよび負イオンの両者が生成され、試料２の電荷（正電荷、負電荷）のいずれも除電（中和）することが可能となる。【００３８】
この際、試料（マスク）２の表面の近傍の雰囲気は、空気、酸素、窒素、窒素、不活性ガスなどの１つあるいは２つ以上を混合したガスについて、圧力を大気圧から０．１Ｔｏｒｒ程度の範囲内に保持した状態で、軟Ｘ線を試料２に照射することで正イオンおよび負イオンを効率的に生成し、試料２の電荷を除電（中和）できる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、荷電粒子線を試料に照射して当該試料から放出される２次電子線などを検出して画像を生成する荷電粒子線装置において、予備排気室あるいは試料室中などで電子線等で帯電した試料の表面あるいは近傍を大気あるいは減圧雰囲気あるいは所定ガス雰囲気に保持した状態で、軟Ｘ線を照射して正イオンおよび負イオンの生成効率を高めて当該試料の表面の電荷を効率的に除電する荷電粒子線装置および荷電粒子線像生成方法に関するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明のシステム構成図である。
【図２】本発明の動作説明フローチャートある。
【図３】本発明のＸ線発生器例である。
【図４】本発明の説明図である。
【符号の説明】
【００４１】
１：マスクマガジン
２：マスク
３：予備室
４：Ｘ線発生器
５：サブチャンバー
６：メインチャンバー
７：２次電子検出器
８：荷電粒子光学系
９：ステージ
１０：画像
１１：パソコン（制御部）
１２：Ｘ線照射手段
【図１】
2006135021.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2006135021.tif 000006
2006135021.tif 000007
2006135021.tif 000008