(57)【要約】【目的】本発明は、電子顕微鏡の帯電汚染防止装置および帯電汚染防止方法に関し、装置内に帯電防止用のイオンを生成する機構および汚染除去用のプラズマを生成する機構を設け、当該装置から選択的にイオンあるいはプラズマを放出して被測定物などに照射し、被測定物などの帯電防止および汚染除去を簡易な装置かつ容易に行うことを目的とする。【構成】  ＵＶ光あるいはＸ線をガスに照射して正イオンおよび負イオンを生成するイオン生成手段と、ガスをプラズマ化するプラズマ生成手段と、イオン生成手段あるいはプラズマ生成手段によって生成されたイオンあるいはプラズマを引き出して被測定試料に向けてあるいは被測定試料の近傍に放出する手段とから構成される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線ビームを細く絞って試料に照射しつつ平面走査し、放出された２次電子あるいは反射された反射電子を検出して画像を生成する走査型電子顕微鏡の帯電汚染防止装置において、
ＵＶ光あるいはＸ線をガスに照射して正イオンおよび負イオンを生成するイオン生成手段と、
ガスをプラズマ化するプラズマ生成手段と、
前記イオン生成手段あるいは前記プラズマ生成手段によって生成されたイオンあるいはプラズマを取り出して被測定試料に向けてあるいは被測定試料の近傍に放出する手段と
を備えたことを特徴とする帯電汚染防止装置。
【請求項２】
前記イオン生成手段あるいは前記プラズマ生成手段を電気的に切り替えていずれか一方からイオンあるいはプラズマを取り出すことを特徴とする請求項１記載の帯電汚染防止装置。
【請求項３】
前記イオン生成手段で生成したイオンを用いてプラズマを生成したことを特徴とする請求項１あるいは請求項２記載の帯電汚染防止装置。
【請求項４】
電子線ビームを細く絞って試料に照射しつつ平面走査し、放出された２次電子あるいは反射された反射電子を検出して画像を生成する走査型電子顕微鏡の帯電汚染防止装置において、
ＵＶ光あるいはＸ線をガスに照射して正イオンおよび負イオンを生成するイオン生成手段と、
ガスをプラズマ化するプラズマ生成手段と、
前記イオン生成手段あるいは前記プラズマ生成手段によって生成されたイオンあるいはプラズマを取り出して被測定試料に向けてあるいは被測定試料の近傍に放出する手段とを設け、
前記イオン生成手段あるいは前記プラズマ生成手段で生成したイオンあるいはプラズマを被測定試料に向けて照射あるいは被測定試料の近傍に照射し、当該被測定試料の帯電を防止あるいは汚染を防止、除去する
ことを特徴とする帯電汚染防止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子線ビームを細く絞って試料に照射しつつ平面走査し、放出された２次電子あるいは反射された反射電子を検出して画像を生成する走査型電子顕微鏡の帯電汚染防止装置および帯電汚染防止方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＣＤ−ＳＥＭで測定する被測定物が電気的に絶縁性であると、電子線ビームの走査によって負の電荷を蓄積する（帯電する）。この電荷蓄積現象が発生すると、被測定物の２次電子像、反射電子像は、像質が劣化すると共に、蓄積した負電荷が電子線ビームの進路に影響を及ぼし像が歪んだり、パターン像全体が動いてしまう。
【０００３】
このような像の劣化を防ぐために、従来は、ＵＶ光を照射、例えば重水素ランプからのＵＶ光（例えば１６０ｎｍから４００ｎｍ）を被測定物の部位に照射して当該電荷蓄積を中和していた。この際のイオン生成の過程は、次のように行われると考えられる。
【０００４】
（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もっとも低い軌道上に存在する。
【０００５】
（２）これに、１光子が照射されて吸収されると、１つの電子が外側の軌道上に移動する（励起する）。この状態では、電気的に中性であるが、不安定な状態である。例えば１〜２秒くらいで、この状態は基底状態に戻ってしまう。
【０００６】
（３）基底状態に戻る前に、別の光子が当り、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、電子は軌道から飛び出して、原子・分子の拘束から完全に解放され（電離され）、正イオンと、電子（単時間で他の中性分子と結合して負イオンになる）とが生成される。
【０００７】
以上のように、ＵＶ光は中性ガス原子・分子を１光子のエネルギーだけでは、イオン化できず、２つの光子のエネルギーによってイオン化される（Ｅ＝ｈ×振動数、ｈはプランクの定数）。
【０００８】
一方、ＳＥＭで電子線ビームを被測定物に照射しつつ平面走査して画像を取得中に、窒化物や硫黄元素の化合物などが被測定物に付着すると、これらを核に異物膜が形成され、画像の質が低下したり、被測定物上のパターンの寸法が違って測定されたりなどの悪影響を与えてしまうので、プラズマ処理で分解して、洗浄する方法が取られていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、従来のＣＤ−ＳＥＭなどの装置では、被測定試料の帯電防止のときはＵＶ光などを照射して正イオンおよび負イオンを発生させて当該被測定試料の帯電を除去し、一方、被測定試料に異物膜が生成されたときにこれを除去するためにプラズマ処理で分解して除去していたため、異なる２種類の装置を装着する必要があるという問題があった。
【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、装置内に帯電防止用のイオンを生成する機構および汚染除去用のプラズマを生成する機構を設け、当該装置から選択的にイオンあるいはプラズマを放出して被測定物などの帯電防止および汚染除去を行うようにしている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、装置内に帯電防止用のイオンを生成する機構および汚染除去用のプラズマを生成する機構を設け、当該装置から選択的にイオンあるいはプラズマを放出して被測定物などに照射することにより、被測定物などの帯電防止および汚染除去を簡易な装置かつ容易に行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、装置内に帯電防止用のイオンを生成する機構および汚染除去用のプラズマを生成する機構を設け、当該装置から選択的にイオンあるいはプラズマを放出して被測定物などに照射し、被測定物などの帯電防止および汚染除去を簡易な装置かつ容易に行うことを実現した。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の１実施例構造図を示す。
図１の（ａ）は、全体の構造図の例を示す。
【００１４】
図１の（ａ）において、帯電汚染防止装置１は、本発明に係るものであって、ここでは、ＳＥＭに装着したものであり、導入管２１を先端に取り付けて被測定試料２の電子線ビーム１３の走査部分に吹き付けるようにイオンあるいはプラズマを照射し、当該被測定試料２の帯電を中和したり、汚染を防止、除去したり、または、試料室１１の全体に放出し、試料室１１内の帯電を中和したり、汚染を防止、除去したりなどするものである。
【００１５】
被測定試料２は、電子線ビーム１３を平面走査し、そのときに放出された２次電子、反射された反射電子、あるいは吸収された電子などを検出して画像を生成して測定する対象となる試料（例えばマスク、ＬＳＩなど）である。
【００１６】
ステージ３は、被測定試料２を搭載して移動（例えばＸ，Ｙ，Ｚ，θ）させる台である。
【００１７】
試料室１１は、ステージ３に搭載した被測定試料２を真空中に保持するための図示外の真空排気系で真空排気する部屋である。
【００１８】
電子光学系１２は、細く絞った電子線ビーム１３を被測定試料１３に平面走査し、放出された２次電子、反射された反射電子、あるいは吸収された電子などを検出して画像を図示外の表示装置上に表示する公知のものである。
【００１９】
電子線ビーム１３は、公知の電子光学系１２によって生成された細く絞られた電子線ビームであって、ここでは、被測定試料１３（例えば半導体のマスク）上を平面走査するものである。
【００２０】
導入管２１は、帯電汚染防止装置１から放出されるイオン、プラズマを被測定試料２の電子線ビーム１３の照射位置に向けて放出するためのものである。
【００２１】
図１の（ｂ）は、要部構造図を示す。これは、図１の（ａ）の帯電汚染防止装置１の要部構造の例を示したものである。
【００２２】
図１の（ｂ）において、ＵＶランプ２２は、電源２５から電源を供給して点灯し、ＵＶ光をガス導入口２４から導入された窒素などに照射し、イオン（正イオンおよび負イオン）を生成するものである。尚、ＵＶランプの代わりに、Ｘ線発生装置から軟Ｘ線をガス導入口２４から導入された窒素などに照射し、イオンを生成するようにしてもよい。
【００２３】
コイル２３は、図示外の高周波電源から高周波電力を供給し、ＵＶランプ２２からＵＶ光を窒素ガスに照射して生成したイオン（正イオンおよび負イオン）を励起して効率的にプラズマを生成させるためのものである。
【００２４】
ガス導入口２４は、図示外のボンベからガス（窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガス、酸素あるいは清掃な空気などのガス）を所定流量（所定圧力）で導入する口である。帯電汚染防止装置１の容器の内部は、大気と、試料室１１の真空との間の所定圧力に保持されるように（あるいは被測定試料２の帯電が除去される程度に）、当該ガス導入口２４に取り付けた図示外のニードルバルブで導入するガス流量を調整する。
【００２５】
イオン引き出し電極２６は、ＵＶランプ２２からのＵＶ光を窒素ガスなどに照射して生成したイオン（正イオンおよび負イオン）あるいは生成したプラズマから、イオンあるいはプラズマを引き出し、被測定試料２に照射したりなどするためのものである。尚、イオン引き出し電極２６を設けないで、試料室１１の真空によって、イオンあるいはプラズマとガスとを一緒に吸引させるようにしてもよい。
【００２６】
イオンｏｒプラズマ２７は、イオン引き出し電極２６（あるいは当該イオン引き出し電極２６なしで）から引き出されて、放出されるイオンあるいはプラズマである。引き出されたイオンあるいはプラズマは、被測定試料２の電子線ビーム１３の走査されている部分に噴射したり、あるいは試料室１１の全体に噴射したりする。イオンによって被測定試料２などの表面の電荷（帯電）を中和する。プラズマによって被観察試料２などの表面の汚染の付着を防止、あるいは付着した汚染を除去する。
【００２７】
以上の構造を持つ図１の（ｂ）の帯電汚染防止装置１を、図１の試料室１１に取り付け、更に、導入管２１をイオン引き出し電極２６の下方に取り付けて被測定試料２の電子線ビーム１３の平面走査されている部分に吹き付け、当該部分の電荷を中和（イオンによって中和）したり、汚染を防止、除去（プラズマによって防止、除去）したりすることを容易に切り替えて行うことが可能となる。また、帯電汚染防止装置１を、図１の試料室１１に取り付けることで、当該試料室１１の内部にイオンを放出あるいはプラズマを放出することで、当該試料室１１内の被測定試料２などの表面の電荷を中和（イオンによって中和）したり、汚染を防止、除去（プラズマによって防止、除去）したりことを容易に切り替えて行うことが可能となる。
【００２８】
次に、図２および図３のフローチャートの順番に従い、図１の構造のもとで帯電防止および汚染防止、除去の動作について詳細に順次説明する。
【００２９】
図２は、本発明の動作説明フローチャート（その１）を示す。
図２の（ａ）は、汚染除去する場合のフローチャートを示す。
【００３０】
図２の（ａ）において、Ｓ１は、試料室１１を真空に排気する。これは、図１の（ａ）の試料室１１の図示外の真空排気系を動作させて当該試料室１１を真空に排気（例えば１０−６Ｔｏｒｒ以下に排気）する。
【００３１】
Ｓ２は、汚染が発生する。これは、図１の（ａ）の試料室１１を真空に図示外の真空排気系により排気する状態で、被測定試料２を出し入れするときに汚染物質が流入して試料室１１の内部に付着して汚染が発生したり、あるいは被測定試料２に付着した汚染物質、ガスなどが放出されて付着して汚染が発生したりする。また、電子線ビーム１３の照射により試料室１１内に浮遊するガス（有機ガスなど）が被観察試料２あるいはその近傍に分解されて付着して汚染が発生したりする。
【００３２】
Ｓ３は、装置をＯＮする。これは、既述した図１の帯電汚染防止装置１の電源をオンにして動作させ、試料室１１内にプラズマを導入し、汚染の発生を防止、除去する。
【００３３】
Ｓ４は、試料を導入する。これは、図１の試料室１１に、外部から予備排気室を経由して被測定試料２を導入し、図示のステージ３の上に装着する。
【００３４】
Ｓ５は、汚染を除去する。これは、Ｓ３で帯電汚染防止装置１の電源をオンにし、プラズマを試料室１１の内部、およびＳ４で導入した被測定試料２の表面に吹き付けて付着している汚染物質を除去する。
【００３５】
Ｓ６は、所定時間経過か判別する。これは、帯電防止装置１の電源をオンにし、プラズマを試料室１１の内部および被測定試料２の表面に吹きつけて汚染を除去する時間が所定時間経過（実験により適切な時間を求める）して充分な汚染除去が終了したか判別する。
ＹＥＳの場合には、装置の電源をオフにし、試料室１１および被測定試料２の汚染を終了し、測定を開始する。ＮＯの場合には、Ｓ５を繰り返し、汚染の除去を継続する。
【００３６】
以上によって、試料室１１を真空排気する状態で、定期的あるいは被観察試料２を試料室１１に入れる毎に、帯電汚染防止装置１の電源をオンにし、プラズマを試料室１１および被観察試料２の表面に吹き付けて汚染を除去することにより、汚染の除去された状態で被観察試料２の良質な画像を生成して高精度かつ安定に測定（例えばマスクのパターンの形状、寸法の精密測定）することが可能となる。
【００３７】
図２の（ｂ）は、汚染除去する場合の詳細フローチャートを示す。
図２の（ｂ）において、Ｓ１１は、ＵＶをＯＮする。
【００３８】
Ｓ１２は、ガスを導入する。
Ｓ１３は、励起する。
【００３９】
Ｓ１４は、高周波をＯＮする。
Ｓ１５は、励起したイオンを種にして多量の電離を行う。これらＳ１１からＳ１５は、図１の帯電汚染防止装置１を構成する図１の（ｂ）のＵＶランプ２２の電源をＯＮにし（Ｓ１１）、ガス導入口２４からガス（例えば窒素ガス）を導入し（Ｓ１２）、ＵＶ光を導入したガスに照射して励起してイオン（正イオンおよび負イオン）を生成し（Ｓ１３）、次に、高周波電源をＯＮにして高周波電力をコイル２３に供給（Ｓ１４）し、生成されたイオンを種にして多量の電離を行い、プラズマを発生させる（Ｓ１５）。
【００４０】
Ｓ１６は、電界で引き出す。
Ｓ１７は、対象物を照射する。これらＳ１６、Ｓ１７は、Ｓ１５で発生させたプラズマを、図１の（ｂ）のイオン引き出し電極２６に電圧（例えばー１０Ｖ〜ー３００Ｖ程度の電圧）を印加してプラズマを効率的に引き出し、試料室１１の内部に照射および被測定試料２の表面に照射し、表面の汚染を除去する。
【００４１】
以上によって、図１の（ｂ）の帯電汚染防止装置１の電源をＯＮにし、生成したプラズマを試料室１１の内部および被測定試料２の表面に照射し、汚染を除去することが可能となる。
【００４２】
図３は、本発明の動作説明フローチャート（その２）を示す。これは、帯電を中和および汚染を除去する場合の動作説明フローチャートを示す。
【００４３】
図３において、Ｓ２１は、真空に排気する。これは、図１の試料室１１を真空に図示外の真空排気系を動作させて排気する。
【００４４】
Ｓ２２は、試料を試料室１１に入れる。これは、Ｓ２１で試料室１１を真空に排気する状態で、被測定試料２を図示外の予備排気室を経由して試料室１１に入れ、ステージ３に搭載する。
【００４５】
Ｓ２３は、測定開始か判別する。これは、試料室１１内のステージ３に搭載した被測定試料２について、測定開始（画像を生成して当該画像上でパターンの寸法の測定開始）か、あるいは測定中に画像が動いてチャージアップが検出されたか判別する。ＹＥＳの場合には、測定開始と判明、あるいは測定中に画像が動いてチャージアップ（帯電）が検出されたと判明したので、Ｓ２４に進む。ＮＯの場合には、Ｓ２３を繰り返し待機する。
【００４６】
Ｓ２４は、ガスを導入する。これは、図１の帯電汚染防止装置１の電源をＯＮにし、ガス導入口２４からガスを所定流量で導入を開始する。
【００４７】
Ｓ２５は、イオンを照射し、チャージを除去する。これは、Ｓ２４でガス導入口２４からガスを所定流量で導入した状態で、ＵＶランプをオンにしで当該導入したガス（例えば窒素ガス）を照射してイオン（正イオンおよび負イオン）を生成し、当該生成したイオンを被観察試料２の電子線ビーム１３の走査部分に照射し、帯電（チャージ）を中和して除去する。
【００４８】
Ｓ２６は、プラズマを照射し、汚染を除去する。これは、Ｓ２４でガス導入口２４からガスを所定流量で導入し、ＵＶランプをオンにしで当該導入したガス（例えば窒素ガス）を照射してイオン（正イオンおよび負イオン）を生成した状態で、更に、コイル２３に高周波電力を供給し、当該生成したイオンを種に多量の電離を行ってプラズマを生成し、当該生成したプラズマを被観察試料２の電子線ビーム１３の走査部分に照射し、汚染を除去する。
【００４９】
Ｓ２７は、所定時間経過したか判別する。これは、Ｓ２５およびＳ２６についてそれぞれ所定時間経過し、チャージが充分に除去（中和）し、かつ汚染が充分に除去されたか判別する。ＹＥＳの場合には、終了する。ＮＯの場合には、Ｓ２５以降を繰り返す。
【００５０】
以上によって、試料室１１のステージ３に被測定試料２を装着したとき（あるいは測定中に画像が動いてチャージが検出されたとき）に、図１の帯電汚染防止装置１の電源をオンにし、ＵＶ光を導入したガスに照射して生成したイオン（正イオン、負イオン）を被測定試料２の電子線ビーム１３の走査部分に照射してチャージ（帯電）を中和して除去したり、更に、コイル２３に高周波電力を供給してプラズマを発生させ、当該プラズマを被測定試料２および試料室１１内に照射して汚染を除去したり、１つの帯電汚染防止装置１の動作を切り替えて簡単にチャージの除去（防止）および汚染の除去（防止）を行うことが可能となる。
【００５１】
尚、測定中に画像が動いてチャージ現象が検出されたときに当該チャージをイオンで中和して除去したり、更に、画像が動かないうちに予めイオンを照射してチャージの発生をし難く防止（抑止）したりしてもよい。同様に、測定中の画像のコントラストが低下して汚染の発生が検出された場合に、プラズマを照射して当該汚染を除去したり、画像のコントラストが低下する前に予めプラズマを照射して汚染の発生をし難く防止（抑止）したりしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、装置内に帯電防止用のイオンを生成する機構および汚染除去用のプラズマを生成する機構を設け、当該装置から選択的にイオンあるいはプラズマを放出して被測定物などに照射し、被測定物などの帯電防止および汚染除去を簡易な装置かつ容易に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の１実施例構造図である。
【図２】本発明の動作説明フローチャート（その１）である。
【図３】本発明の動作説明フローチャート（その２）である。
【符号の説明】
【００５４】
１：帯電汚染防止装置
２：被測定試料
３：ステージ
１１：試料室
１２：電子光学系
１３：電子線ビーム
２１：導入管
２２：ＵＶランプ
２３：コイル
２４：ガス導入口
２５：電源
２６：イオン引き出し電極
２７：イオンｏｒプラズマ
【図１】
2007149449.tif 000003
【図２】
2007149449.tif 000004
【図３】
2007149449.tif 000005