(57)【要約】【課題】本発明は、ロードロック室に設置された真空計の状態を適切にモニタすることが可能な荷電粒子線装置の提供を目的とする。【解決手段】上記目的を達成するために、試料室と予備排気室を備えた荷電粒子線装置において、試料室の真空度を測定する第１の真空計と、予備排気室の真空度を測定する第２の真空計と、仕切り弁が開放されたときに、第１の真空計と第２の真空計との測定値の差分が所定値より大きくなった場合、或いは測定値の比率が所定値に達した場合に、所定の信号を発生する制御装置とを備えた荷電粒子線装置を提供する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームを試料に照射する鏡筒と、当該荷電粒子ビームが照射される試料を、真空排気された雰囲気に配置する試料室と、当該試料室と仕切り弁を介して隔離され、当該試料室に導入される試料の雰囲気を予備排気する予備排気室を備えた荷電粒子線装置において、前記試料室の真空度を測定する第１の真空計と、前記予備排気室の真空度を測定する第２の真空計と、前記仕切り弁が開放されたときに、前記第１の真空計と第２の真空計との測定値の差分が所定値より大きくなった場合、或いは測定値の比率が所定値に達した場合に、所定の信号を発生する制御装置とを備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記制御装置は、前記第２の真空計の測定値が、前記第１の真空計の測定値より所定値以上高く測定された場合に、前記所定の信号を発生することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記制御装置は、前記仕切り弁が開放され、前記試料室内空間と予備排気室内空間が、同一の雰囲気となったときの測定値に基づいて、前記所定の信号を発生するための処理を行うことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記荷電粒子線装置は、電子顕微鏡、或いはイオン顕微鏡であることを特徴とする荷電粒子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、予備排気室を備えた真空装置、及び荷電粒子線装置に係り、特に予備排気室に、当該予備排気室内の真空度を測定する真空計が設けられた真空装置、及び荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope:ＳＥＭ）に代表される荷電粒子線装置は、試料を配置するための試料室（主真空室）内を真空状態とした上で、荷電粒子ビーム（ＳＥＭでは電子ビーム）を試料に照射するに必要がある。一方、昨今、半導体デバイス等を測定、或いは検査するＳＥＭでは、単位時間当たりに多くの試料を処理（測定，検査）することが求められており、そのために予備排気室（以下、ロードロック室と称することもある）が設けられたＳＥＭが提案されている。
【０００３】
試料室を高い真空に維持した状態にて、試料の交換を可能とするために、試料室とロードロック室の間には、隔壁が設けられ、当該隔壁には開閉自在なバルブが設けられる。試料室内で処理が行われている間に、ロードロック室内で真空排気、或いはリークを行うことによって、試料室内での処理を連続的に行うことが可能となり、装置の高スループット化を実現することができる。
【０００４】
ロードロック室には、真空計が設けられ、当該真空計によって測定される真空値が所定値に達したとき、或いはその後にバルブを開放するようなシーケンスを設けることで、両者間の真空度に大きな乖離がある状態で、バルブを開放することがないような配慮がなされている。
【０００５】
特許文献１乃至４には、真空計がロードロック室内に設置された装置が開示されている。特に特許文献１乃至３には、試料室とロードロック室の双方に真空計を設置し、一方の真空計を他方の真空計の測定値に基づいて、校正する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２７３６８２号公報
【特許文献２】特開２００３−０３１４５５号公報
【特許文献３】特開２００８−０９１７６１号公報
【特許文献４】特開平１０−２１４８７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
昨今の半導体デバイスに用いられる材料の多様化や、単位時間当たりの処理試料数の増加に伴い、ロードロック室側に設けられた真空計が汚染され、正確な値を示さなくなる可能性のあることが、発明者らの検討によって明らかになってきた。特に、冷陰極型の電離真空計は、陰極部分が汚染されると、実際の真空度に対して、高く計測されるようになる（圧力が実際より低く計測される）。実際よりも高く真空度が計測されるようになると、試料室とロードロック室との間の真空度の乖離が大きな状態で、バルブを開放してしまう可能性がある。また、汚染が進行すると真空計が動作不良を起こすため、適切なタイミングでのメンテナンスが必要となる。一方、特許文献１乃至３に開示されているような真空値出力の校正法は、真空計が汚染されているのにも係らず、真空計の出力を校正してしまうことになるため、真空計の汚染という課題に対して適用すべきではない。
【０００８】
以下に、ロードロック室に設置された真空計の状態を適切にモニタすることを目的とする真空装置、及び荷電粒子線装置について説明する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための一態様として、以下に荷電粒子ビームを試料に照射する鏡筒と、当該荷電粒子ビームが照射される試料を、真空排気された雰囲気に配置する試料室と、当該試料室と仕切り弁を介して隔離され、当該試料室に導入される試料の雰囲気を予備排気する予備排気室を備えた荷電粒子線装置において、前記試料室の真空度を測定する第１の真空計と、前記予備排気室の真空度を測定する第２の真空計と、前記仕切り弁が開放されたときに、前記第１の真空計と第２の真空計との測定値の差分が所定値より大きくなった場合、或いは測定値の比率が所定値に達した場合に、所定の信号を発生する制御装置とを備えた荷電粒子線装置を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成によれば、予備排気室側に設けられた真空計のコンディションの把握が可能となり、真空計が動作不良を起こす前に、適切な対処を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】走査電子顕微鏡の概略構成図。
【図２】荷電粒子線装置の制御装置の一例を説明する図。
【図３】真空計をモニタし警報を発生する工程を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に説明する真空装置、及び荷電粒子線装置は、当該装置の予期せぬ動作不良を未然に防ぐことを主眼とするものである。
【００１３】
高真空中で試料を観察する主真空室と、そこへ試料を出し入れするために予備排気室を設けた装置は、予備排気室を高真空まで真空排気した後に、主真空室と予備排気室の仕切り弁を開放し、予備排気室から主真空室へと試料を移動させる。このとき、予備排気室の真空排気は、予備排気室に設置された冷陰極型の電離真空計の測定値が第１の設定値に到達したことを以って完了とする。
【００１４】
一方、冷陰極型の電離真空計は、継続した使用に伴い陰極が汚染され、真空度の測定値が高真空側にオフセットしていく。また、さらに汚染が進行すると、遂には動作不良となってしまう。特に、真空／大気を頻繁に繰り返す予備排気室に設置される真空計は、常時高真空に保たれている主真空室に設置される真空計に比べ遥かに多くのガス分子に曝されるため、陰極汚染は桁違いに早く進行する。しかしながら、真空計が示す測定値が実際の真空度からどの程度オフセットしているのか、また動作不良がいつ訪れるのかは、真空計単独では知ることができない。
【００１５】
そこで本実施例では、主排気室と予備排気室の仕切り弁を開放し予備排気室と主真空室が同じ真空雰囲気になったときに、予備排気室の真空計が示す測定値を、ほとんど汚染が進んでいない主真空室の真空計が示す測定値と比較することにより、予備排気室の真空計の汚染度の指標を得る手法を提案する。
【００１６】
図１は、ロードロック室を備えた荷電粒子線装置の概略構成図である。
【００１７】
以下の説明では、荷電粒子線装置の一態様として、ＳＥＭを例にとって説明するが、これに限られることはなく、例えば集束イオンビーム（Focused Ion Beam:ＦＩＢ）装置等の他の荷電粒子線装置においても後述する真空計のモニタ手法の適用が可能である。但し、以下に説明する真空計のモニタ手法は、真空状態が維持される試料室側の清浄度が、予備排気室と比較して良い装置において、高い効果を発揮する。例えば試料室側が清浄な空間を維持する装置としては電子顕微鏡やヘリウムイオンビーム等を試料に照射するイオン顕微鏡等がある。
【００１８】
電子ビームを放出する電子銃などを備えた鏡筒１は、試料室２と接続されている。また、試料室２は、試料交換用の予備排気室３を備える。試料室２は、ターボ分子ポンプ４によって排気される。ターボ分子ポンプ４の背面は、粗引きポンプ６によって排気される。予備排気室３は、粗引きポンプ７とターボ分子ポンプ５によって排気される。試料室２と予備排気室３の間で試料を入れ替える際は、仕切り弁１０を開放する。
【００１９】
試料室２の真空度は冷陰極型の電離真空計８によって測定される。予備排気室３の真空度は冷陰極型の電離真空計９によって測定される。なお、本実施例では、冷陰極型の電離真空計を予備排気室３及び試料室２の真空型として適用した例を説明するが、これに限られることはなく、例えば、熱陰極型の電離真空計を適用することも可能である。
【００２０】
図２は、荷電粒子線装置の制御装置の一例を説明する図である。なお、図２に例示する制御装置は、特に真空排気系，試料搬送系、及び真空計測系を主に制御する制御系を示している。制御装置内には、バルブ開閉制御部，真空ポンプ制御部，試料搬送機構制御部，真空度モニタ部，真空計状態判断部、及び警報発生部が設けられ、併せてこれらの制御部等における制御条件などが、記憶部に記憶されている。バルブ開閉制御部は、試料室２と予備排気室３との間に設けられた仕切り弁１０（真空バルブ）や、図示しないミニエン等との間に設けられた仕切り弁の開閉を制御するものであり、後述するように、真空度モニタ部によって得られる真空情報等に基づいて、真空バルブの開閉を制御する。真空ポンプ制御部は、粗引きポンプ６，７、及びターボ分子ポンプ４，５の動作を制御する。特に、予備排気室３に設けられた粗引きポンプ７、及びターボ分子ポンプ５は、試料交換の度に、予備排気室３を、大気状態から真空状態になるように真空排気を行う。
【００２１】
試料搬送機構制御部は、図示しない搬送ロボットを、仕切り弁１０等の開放後、試料室２と予備排気室３との間で試料を交換するように、制御する。真空度モニタ部は、電離真空計８，９によって得られた真空度をモニタする。特に、真空度モニタ部は、予備排気時に、予備排気室３が所定の真空値に達したか否かを予め記憶部に記憶された真空値との比較に基づいて判断する。また、バルブ開閉制御部による仕切り弁１０の開放動作に連動して、電離真空計８と電離真空計９によって計測される真空度をモニタする。
【００２２】
真空計状態判断部では、真空度モニタ部によって得られた試料室２内の空間と、予備排気室３内の空間との２つの空間の真空度が、所定の条件を満たすか否かの判断を行う。仮に予備排気室３の真空度が、試料室２の真空度と同じになった場合に、仕切り弁１０を開放するように設定されている場合、仕切り弁１０を開放したとき、試料室の真空計が示す値と予備排気室の真空計が示す値は等しくなる筈である。しかしながら、予備排気室側の電離真空度が汚染され、実際より高く計測した場合、仕切り弁１０が開放され、試料室と予備排気室が同一の雰囲気となったとき、予備排気室の真空計が示す値は、試料室の真空計が示す値よりも高くなる。この差分が所定値を超えたときに、電離真空計９が汚染されているものと判断し、その旨の警告を出力するように、真空計状態判断部は、警報発生部への指示を出力する。以上のように、仕切り弁開放時の真空度に基づいて、所定の処理を実行する。
【００２３】
また、装置のスループットを高めるために、予備排気室の真空度が、試料室の真空度より低い所定値に達した時点で、仕切り弁を開放することがある。このような場合、正確な真空計の評価を行うために、仕切り弁が開放された後、所定時間経過後に、２つの真空計に基づく真空度をモニタすることによって、正確な真空度評価を行うことが可能となる。
【００２４】
警報発生部は、真空計状態判断部からの指示を受けて、表示装置にその旨のメッセージを表示するように映像信号を発生し、或いは音声にて警告するように、音声信号を発生する。また、警告ではなく、メンテナンスを促すメッセージや所定の条件に基づいて、メンテナンス時期を通達するような他の信号を発生するようにしても良い。
【００２５】
なお、２つの真空計の差分ではなく、その比を評価することによって、真空計の状態を判断することも可能である。例えば、予備排気室の真空度／試料室の真空度＞所定値、或いは試料室の真空度／予備排気室の真空度＜所定値となったときに、警報を発生するようにしても良い。
【００２６】
上述のような構成を備えた装置において、高真空中で試料を観察し、観察を行う試料室２とそこへ試料を出し入れするための予備排気室３を設けた装置において、試料室２と予備排気室３の仕切り弁１０を開けた際に、試料室２に設置された真空計８が示す測定値と予備排気室３に設置された真空計９が示す測定値を比較し、両者の比から真空計９の汚染度を知り、動作不良となる前に警告を発する。
【００２７】
試料の交換に伴い仕切り弁１０を開放したときは、試料室２と予備排気室３は同じ真空雰囲気になるため、試料室２に設置された真空計８と予備排気室３に設置された真空計９は同じ測定値を示すはずである。ところが、予備排気室３に設置された真空計９は、予備排気室３が真空／大気を頻繁に繰り返すため、試料室２に設置された真空計８に比べ遥かに多くのガス分子に曝され、桁違いに早く汚染される。したがって、真空計９の示す測定値は継続した使用に伴い徐々に高真空側へオフセットしていき、仕切り弁１０を開放した際の真空計８の測定値と真空計９の測定値は一致しなくなる。汚染が進むほどオフセット量も大きくなるため、仕切り弁１０を開放した際の真空計８の測定値と真空計９の測定値の比を汚染度として定義し、この値が設定値に到達したら、動作不良が間近に迫っていることを装置使用者に警告する。
【００２８】
図３は、上記警報の発生要否の判断工程を説明するフローチャートである。まず、試料カセットから搬送ロボットで試料を取り出し、予備排気室３に試料を導入（ステップ３０１）した後、予備排気室３と大気空間との間の仕切り弁を閉鎖し、予備排気室３の真空排気を開始する（ステップ３０２）。真空排気開始後、真空計９を真空度モニタ部によってモニタし、所定の真空度に達したか否かを判断（ステップ３０３）し、所定の真空度に達したと判断された場合に、バルブ開閉制御部は、仕切り弁１０を開放する（ステップ３０４）。この仕切り弁の開放後、２つの真空計８、９を用いて、試料室２と予備排気室３の真空度をモニタし、その差異、或いは比が所定の条件を満たすか否かの判断を行う（ステップ３０６）。真空度の差異が所定値より大きい場合、即ち、真空計９の真空値が、真空計８の真空値より所定値より、大きい場合（或いは所定値以上の場合）、警報を発生する（ステップ３０７）。一方、所定値以下（或いは所定値未満）の場合には、警報を発生することなく、試料室２への試料の導入等、所定の処理を継続する。
【００２９】
以上のように、２つの真空計の出力が所定の条件を満たすか否かの判定を行うことによって、真空計の交換、或いは清掃のタイミングを判定することが容易になり、真空計の動作不良による装置の稼働率低下を抑制することが可能となる。
【００３０】
また、上述のように、動作不良の警告だけでなく、真空計に生じるオフセットの校正も同時に行うことも可能である。仕切り弁１０を開放した際に真空計８の測定値と真空計９の測定値の比較を行い、両者の比を真空計９に生じたオフセットと定義し、真空計９の測定値を校正する。この校正作業を定期的に行うことで、真空計９が示す測定値の信頼性を確保することができる。校正と同時に汚染度を知るために、校正を行う毎に、校正したオフセット量を累積していく。すなわち、１回目で校正したオフセットがｒ１、２回目で校正したオフセットがｒ２，・・・ｎ回目で校正したオフセットがｒｎだった場合、ｎ回目の校正を行った後の汚染度はｒ１＊ｒ２＊・・・＊ｒｎと定義し、この値が設定値に到達したら、動作不良が間近に迫っていることを装置使用者に警告する。
【００３１】
上記真空計にモニタ手法によれば、予期せぬ真空計の動作不良により荷電粒子線装置が停止すること未然に防ぐことができる。
【符号の説明】
【００３２】
１  鏡筒
２  試料室
３  予備排気室
４，５  ターボ分子ポンプ
６，７  粗引きポンプ
８，９  真空計（電離真空計）
１０  仕切り弁
【図１】
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【図２】
2012033300.tif 000004
【図３】
2012033300.tif 000005