(57)【要約】【目的】本発明は、荷電粒子線を試料に照射して放出される２次粒子線を検出して画像を生成する荷電粒子線装置および荷電粒子線像生成方法に関し、荷電粒子線が試料に照射されたときに、ＵＶ光導入管によりＵＶ光を導入して試料上に照射すると共にガス導入管から試料の表面あるいは近傍にガスを導入し、効率的にイオンを発生させて試料上の荷電粒子線の照射などによって生じた電荷を中和することを目的としている。【構成】  荷電粒子線で試料上を走査して放出された２次粒子線を検出して画像を生成する画像生成手段と、ガスを試料の近傍に導入するガス導入手段と、荷電粒子線で試料を照射する近傍に、ＵＶ光を導入して照射するＵＶ光導入手段とを設け、荷電粒子線が試料に照射されたときに、がス導入手段によりガスを試料の近傍に導入すると共にＵＶ光導入手段によってＵＶ光を導入して照射し、試料上の荷電粒子線の照射によって生じた電荷を中和する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線を試料に照射して当該試料から放出される２次粒子線を検出して画像を生成する荷電粒子線装置において、
加速され細く絞られた荷電粒子線で前記試料上を平面走査して放出された２次粒子線を検出して画像を生成する画像生成手段と、
ガスを試料室内の試料の近傍に導入するガス導入手段と、
前記荷電粒子線で試料を照射する近傍に、ＵＶ光を導入して照射するＵＶ光導入手段とを設け、
前記荷電粒子線が試料に照射されたときに、前記ガス導入手段によりガスを試料の近傍に導入すると共に前記ＵＶ光導入手段によってＵＶ光を導入して照射し、試料上の荷電粒子線の照射によって生じた電荷を中和することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
前記ＵＶ光導入手段として、中空パイプの内部にＵＶ光を吸収しないガスを充満あるいは流し、ＵＶ光発生装置から放出されたＵＶ光を当該中空パイプ内を導入して前記試料の近傍に照射した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】
前記ガス導入管として、中空パイプの先を前記試料の近傍まで伸ばして当該中空パイプの先から所定のガスを当該試料上に導入したことを特徴とする請求項１あるいは請求項２記載の荷電粒子線装置。
【請求項４】
前記ＵＶ光導入手段である中空パイプの内部にＵＶ光を吸収しないガスとして、アルゴンガスまたは窒素ガスとしたことを特徴とする請求項２記載の荷電粒子線装置。
【請求項５】
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次粒子線を検出して画像を生成する荷電粒子線画像生成方法において、
加速され細く絞られた荷電粒子線で前記試料上を平面走査して放出された２次粒子線を検出して画像を生成する画像生成ステップと、
ガスを試料室内の試料の近傍に導入するガス導入ステップと、
前記荷電粒子線で試料を照射する近傍に、ＵＶ光を導入して照射するＵＶ光導入ステップとを設け、
前記荷電粒子線が試料に照射されたときに、前記がス導入ステップによりガスを試料の近傍に導入すると共に前記ＵＶ光導入ステップによってＵＶ光を導入して照射し、試料上の荷電粒子線の照射によって生じた電荷を中和することを特徴とする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ン測長に、電界放出走査型電子顕微鏡（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、これら材質の表面は、全体あるいは、一部が非伝導性試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、観察や測長あるいは加工に支障となることがある。
【０００３】
このため、ＦＥ−ＳＥＭにおいては、試料入射電圧を２ＫＶ以下に低くすることにより、材質に対する入射電子と反射電子の量をバランスさせて、帯電を防止することが一般的に行われている。しかし、ウェハ表面の材質によっては、試料入射電圧を数百Ｖ以下にする必要があり、像分解能や測長精度が低下する問題がある。また、フォトマスクは、非伝導性の石英等の表面にＣｒでパターンを形成したものであり、同様に像観察や測長精度に支障がある場合がある。また、ＦＩＢにおいては、フォトマスク表面のイオンビーム照射領域に、中和用電子銃からの電子を照射し、正イオンによる帯電を中和することが行われているが、該中和電子銃の制御が難しくパターン修正が高精度に行われない場合がある。
【０００４】
一方、従来から、半導体ウェハや液晶ディスプレイの製造工程において、処理基板への塵挨の付着を防止する等の目的で、大気圧より低い減圧下において、紫外線照射により帯電した処理基板を除電する方法が開示されている（特許文献１）。特許文献１によれば、この装置は、『所定の電荷を帯びた帯電物体を収納可能な筐体と、少なくとも前記帯電物体に対して非反応性のガスを前記筐体内に導入するためのガス導入手段と、前記所定の電荷を選択的に中和可能なイオン及び電子を前記筐体内に発生させるための中和電荷発生手段と、前記筐体内を少なくとも大気圧より低い圧力にするための減圧手段とを備えたことを特徴とする帯電物体の中和装置』である。そして、『前記中和電荷発生手段は、少なくとも前記筐体内の非反応性ガスを励起可能な紫外線を前記筐体内に投光するための光源から成る』。しかし、荷電粒子線装置において、真空排気系や２次荷電粒子検出系を複雑化することなく、荷電粒子線の試料照射と同時に紫外線を照射することにより、試料表面の帯電を効果的に防止して高分解能像観察あるいは高精度測長をする方法、条件については明確でない。また、従来、荷電粒子線装置において紫外線を用いて、荷電粒子による試料帯電を防止するようにした事例は見当たらなかった。
【特許文献１】特開平０７−１４７６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、本願発明者等によりＳＥＭの試料室内に所定圧力のガスを導入して当該試料にＵＶ光を照射してイオン（正イオン、負イオン）を発生させて当該試料（試料自身が非導電性あるいはその一部が非導電性）上に電子ビームで走査したことなどによる当該試料のチャージを中和することが提案された。
【０００６】
しかし、ＵＶランプから放出されたＵＶ光を試料室の側壁に設けた窓から入射して試料上に照射したのでは、試料室の内部のガスにより当該ＵＶ光が吸収されてしまい、充分な強度のＵＶ光を試料近傍のガスに照射して充分なイオン（正イオン、負イオン）を発生し得ないという問題があった。
【０００７】
また、試料室にガスを直接に導入したのでは当該試料室全体の真空度が低下してしまうと共に、真空度が低下しない程度にガスを導入したのではＵＶ光による電離確率が低くイオン（正イオン、負イオン）を充分に発生し得ないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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次荷電粒子線を検出して画像を生成する荷電粒子線装置において、細く絞った荷電粒子線で試料上を平面走査して放出された２次荷電粒子線を検出して画像を生成する画像生成手段と、荷電粒子線が試料に照射されたときに、ＵＶ光導入管によりＵＶ光を導入して直接に試料上に損失なしに照射すると共にガス導入管から試料の表面あるいは近傍にガスを直接に導入し、効率的にイオン（正イオン、負イオン）を発生させて試料上の荷電粒子線の照射などによって生じた電荷を中和するようにしている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、ＵＶ光の損失を極めて少なくして効率的にイオンを発生させ、かつ試料室の真空圧力をあまり大きくせず、非導電性試料の荷電粒子線照射による帯電を効果的に抑えつつ、高分解能像を得るることが可能となる。特に、ＦＥ−ＳＥＭにおいては、試料の付近の真空圧力を大きくしないようにすることにより、ＦＥ電子銃における真空劣化の防止、および２次粒子線検出を可能とした状態で、試料帯電を効果的に防止して、高分解能像を得ること、および測長精度を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、細く絞った荷電粒子線で試料上を平面走査して放出された２次粒子線を検出して画像を生成する画像生成手段と、荷電粒子線が試料に照射されたときに、ＵＶ光導入管によりＵＶ光を導入して直接に試料上に損失なしに照射すると共にガス導入管から試料の表面あるいは近傍にガスを直接に導入し、効率的にイオン（正イオン、負イオン）を発生させて試料上の荷電粒子線の照射などによって生じた電荷を中和することを実現した。
【実施例１】
【００１１】
図１は、本発明の１実施例構造図（その１）を示す。以下の実施例では、荷電粒子線（電荷を持ったもった粒子線である、電子線、イオン線など）のうちの電子線を例に以下説明する。電子線の他に、正の電荷を持ったイオン線（イオン顕微鏡、ＦＩＢ（イオン微細加工装置）など）がある。
【００１２】
図１において、電子ビーム１は、図示外の電子銃から放出されて図示外の集束レンズで集束された電子線であって、ここでは、対物レンズ２によって試料５上に細く絞られ、図示外の偏向系で当該試料５上をＸ方向およびＹ方向に走査（面走査）するものである。そして、電子ビーム１を試料５上を面走査したときに放出された２次電子（２次電子線）をＭＣＰ（２次電子検出・増幅器）４で検出して，いわゆる２次電子画像（２次粒子線画像）を図示外の表示装置上に表示する。
【００１３】
対物レンズ２は、電子ビーム１を試料５上に細く絞った状態で照射するものである。この細く絞られた電子ビーム１は、図示外の偏向系で面走査される。
【００１４】
絞り３は、電子ビーム１の中心部分を通過させたり、試料室１０と上方の部屋との間の排気抵抗を大きくして当該試料室１０のガス導入に伴う真空の低下を上方の部屋に可及的に影響させないようにしたりなどするものである。
【００１５】
ＭＣＰ４は、試料５に電子ビーム１を照射したときに放出された２次電子を検出・増幅するものである。ＭＣＰ４で増幅された信号をもとにいわゆる２次電子画像を図示外の表示装置上に表示する。
【００１６】
試料５は、電子ビーム１を対物レンズ２で細く絞って照射する、観察、加工などの対象の試料であって、例えばウェハ、マスクなどである。
【００１７】
試料室１０は、図示点線の部分を含むものであって、試料５などを真空に保持するための部屋である。
【００１８】
ＵＶ光導入管１１は、ＵＶ光源１２（例えばＵＶランプ）から放出されたＵＶ光（例えば１０ｎｍから４００ｎｍの波長の光であって、試料５上の電荷の中和作用を持つ光であれば当該範囲の波長に限られることはない）を損失なしに導入するパイプであって、例えば中空パイプの内部にＵＶ光の吸収の少ないガス（例えばアルゴンガス、窒素ガスなど）を流す、あるいは充満させたものである。外部に設けたＵＶ光源１２から放出されたＵＶ光はＵＶ光導入管１１の内部を通って損失なく、試料５の電子ビーム１の照射する近傍に照射される。尚、ＵＶ光導入管１１は、図示の対物レンズ２の下極と試料５との間、あるいは対物レンズ２の上極と下極の間、あるいは対物レンズ２の上極の上方のいずれの場所に設けても良い。
【００１９】
ＵＶ光源１２は、ＵＶ光を発生して放出するものであって、例えばＵＶランプである。
ガス導入管１３は、ガス（ＵＶ光を照射したときにイオン（正イオン、負イオン）を発生するガスあって、空気、酸素などのガス）を試料５の電子ビーム１の照射する部分に吹き付けて効率的にＵＶ光によってイオン（正イオン、負イオン）を発生させるためのものであって、可及的に試料室１０内の圧力を悪くしないようにしたものである。同様に、ガス導入管１３は、図示の対物レンズ２の上極と下極の中間に限られず、対物レンズ２の上極の上方、あるいは対物レンズ２の下極と試料５との間のいずれに配置してもよい。
【００２０】
次に、図２のフローチャートの順番に従い、図１の構造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。
【００２１】
図２において、Ｓ１は、試料をセットする。これは、既述した図１の試料５を図示外の試料ステージの上にセット（固定）する。
【００２２】
Ｓ２は、ＵＶ光導入管１１にガスを流す。これは、後述する図３の（ａ）のＵＶ光導入管１１の調整弁を制御して適量のガス（例えばアルゴンガス）を供給し、当該ＵＶ光導入管１１の先端部分から試料室１０の内部（真空）に向けて当該ガスを流す。これにより、ＵＶ光導入管１１の内部はガス（例えばアルゴンガス）で満たされ、先端部分から試料室１０に流れ、当該試料室１０に、後述するＳ４でガス導入管１３から試料５の電子ビーム１の照射位置に吹き付けられたガス（例えば空気、酸素など）が当該ＵＶ光導入管１１に逆流してＵＶ光を吸収していまう事態を完全に防止できる。
【００２３】
Ｓ３は、ＵＶ光をＯＮにする。これは、図１のＵＶ光源１２をＯＮにし、当該ＵＶ光源１２から放出されたＵＶ光をＵＶ光導入管１１の中空パイプの内部のアルゴンガスなどの吸収の少ない媒体を通過させ、試料５の電子ビーム１の照射する近傍に効率的に照射する。
【００２４】
Ｓ４は、ガス導入管１３よりガスを吹き付ける。これは、図１のガス導入管１３よりガス（例えば空気、酸素などのガス）を試料５の電子ビーム１の照射する部分に吹き付ける。
【００２５】
Ｓ５は、電子ビームを試料に照射する。これは、図１の電子ビーム１を対物レンズ２で細く絞って試料５の観察位置に照射しつつ、図示外の偏向系でＸ方向およびＹ方向に走査し、当該試料５の観察位置を細く絞った電子ビーム１で平面走査する。そして、試料５の電子ビーム１を照射した位置から放出された２次電子をＭＣＰ４で検出・増幅し、図示外の表示装置上にいわゆる２次電子画像を表示する。
【００２６】
Ｓ６は、試料を観察／描画／加工する。これは、Ｓ５で試料５の電子ビーム１の照射した部分の拡大した２次電子像を表示装置上に表示して観察したり、更に、電子ビーム１でレジストを塗布したマスク上にパターンを描画したり、更に、電子ビーム１の代わりにイオンビームで試料５を照射して当該試料５上のパターンの加工、修正などを行う。
【００２７】
Ｓ７は、逆の順序で停止する。これは、Ｓ５、Ｓ４、Ｓ３、Ｓ２、Ｓ１の逆の順番で、電子ビームを試料に照射することを停止、ガス導入管１３からガスを試料５に吹き付けることを停止、ＵＶ光をＯＦＦ，ＵＶ導入管１１へのガスの供給を停止、試料５を取り出す。
【００２８】
以上によって、荷電粒子線装置において、試料５を試料ステージにセット（Ｓ１）し、ＵＶ導入管１１にＵＶ光を吸収しないガスを流し（Ｓ２）、ＵＶ光源１２をＯＮにし（Ｓ３），ガス導入管１３から電荷中和用のガスを流し（Ｓ４）、電子ビーム１を試料５に照射して２次電子画像を表示し（Ｓ５）、試料５の観察、描画、加工などを行う際に、電子ビーム（更に、イオンビーム）で試料５を走査しことによって発生した試料面および近傍のチャージを、ガス（空気、酸素など）にＵＶ光を照射した生成したイオン（正イオン、負イオン）で当該試料および近傍のチャージを中和し、チャージのない正確かつ歪などのない２次粒子線画像（２次電子線画像、２次イオン線画像）などを表示することが可能となる。
【００２９】
図３は、本発明のＵＶ光導入例を示す。
図３の（ａ）は、ＵＶ光導入管１１の先端を開放する場合の例を示す。
【００３０】
図３の（ａ）において、ＵＶ光導入管１１の先端部分は、ここでは、開放されている。このため、調整弁１１３を調整してアルゴンガスを当該ＵＶ光導入管１１に供給し、先端部分から図１の試料室１０に当該アルゴンガスが常時、流入している。これにより、図３の（ｃ）で説明するように、ＵＶ光導入管１１からアルゴンガスが試料室１０の方向に常に流れており、試料室１０内の試料５の電子ビーム１の照射位置に向けて、ガス導入管１３から吹き付けられた酸素ガスなどがＵＶ光導入管１１の中空パイプの内部に逆流し、当該中空パイプの内部に逆流した酸素ガスによりＵＶ光が吸収されて、試料５の電子ビーム１の照射されている位置にＵＶ光が届くまでに吸収されてしまう事態を無くすことが可能となる。
【００３１】
ＵＶ光導入管１１は、中空のガラス管やプラスチック管、あるいは金属（非磁性）の中空パイプであって、内部はＵＶ光が反射するように可及的に鏡面にしたものである。
【００３２】
ＵＶランプ１１２は、ＵＶ光を発生する公知のランプである。
窓１１１は、ＵＶランプ１１２から放出されたＵＶ光を真空内（正確にはＵＶ光導入管１１の中空パイプの内部の圧力）に導入するための当該ＵＶ光を可及的に吸収しない窓である。窓１１１としては、溶融ガラス、合成石英、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウムなどがある。
【００３３】
調整弁１３は、ガス（ＵＶ光の吸収の少ないアルゴンガスなど）を適量、ＵＶ光導入管１１に供給するための調整弁である。
【００３４】
図３の（ｂ）は、ＵＶ光導入管１１の先端を開放しない場合の例を示す。
図３の（ｂ）において、ＵＶ光導入管１１の先端部分には、ここでは、窓１１４を設けている。窓１１４は、ＵＶ光の吸収損失の少ない材質（例えば溶融ガラス、合成石英、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウムなど）で作成し、ＵＶ光導入管１１の先端を密閉し、ＵＶ光を放出して試料５の電子ビーム１の照射位置に効率的に導入して照射するためのものである。
【００３５】
図３の（ｃ）は、ＵＶ光導入管１１の先端を開放した場合に、ガスを供給して当該先端部分から試料室１０に流すことの意義を説明するものである。ここでは、上述したように、ガス（ＵＶ光の吸収の少ないアルゴンガス）を左方向に常に流し、ガス導入管１３から試料５に吹き付けられたガス（酸素ガス）が右方向に逆流し、ＵＶ光導入管１１の内部に侵入（逆流）し、ＵＶ光を吸収してしまう事態を防止するためである。
【００３６】
図３の（ｄ）は、ＵＶランプの他の配置例を示す。これは、図３の（ａ）でＵＶランプ１１２を真空外に配置しために、真空外から真空内に当該ＵＶランプ１１２から放出されたＵＶ光を導入する窓１１１が必要となったが、図３の（ｄ）では、真空内にＵＶランプ１１５を配置したため、図３の（ａ）の窓１１１を不要とし、かつ当該窓１１１によるＵＶ光の吸収損失を無くした配置例を示す。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、ＵＶ光の損出を極めて少なくして効率的にイオンを発生させ、かつ試料室の真空圧力をあまり大きくせず、非導電性試料の荷電粒子線照射による帯電を効果的に抑えつつ、高分解能像を得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】
【００３８】
【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である。
【図３】本発明のＵＶ光導入管例である。
【符号の説明】
【００３９】
１：電子ビーム
２：対物レンズ
３：絞り
４：ＭＣＰ（２次電子検出器）
５：試料
１０：試料室
１１：ＵＶ光導入管
１２：ＵＶ光源
１３：ガス導入管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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