JP3418133B2 - 走査電子顕微鏡 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は走査電子顕微鏡に係
り、特に、試料表面のパターンなどを測長する機能を備
えた走査電子顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】走査電子顕微鏡を測長装置として用いる
場合、振動が試料あるいは電子銃へ伝達されないように
する工夫が必要となる。試料等を振動させる要因は、装
置自身が発生する振動と装置外部に発生する振動とに大
別される。

【０００３】このうち、装置自身が発生する振動として
は、例えば試料搬送、試料供給に伴う振動や、試料室を
排気するための真空ポンプの振動などがあり、一方、装
置外部に発生する振動としては、例えば装置周辺を人が
歩行することによる床振動に伴う振動や、装置に人が接
触することによって発生する振動などがある。

【０００４】このうち、装置外部に発生する振動を緩和
する方法としては、例えば実開昭６２−１６８５５６号
公報に記載されるように、架台上に、防振マウントを介
して荷重板を載置し、該荷重板上にこれと固定的に電子
顕微鏡を設置する方法があった。

【０００５】一方、装置自身が発生する振動に関して
は、従来技術における測長が、 (1) 測長対象試料を試料室へ搬送した後に真空排気を行
い、その後に測長を行なう。 (2) 予定の測長が終了すると該試料を試料室から排出し
た後、新たな試料を試料室へ搬送し、真空排気後に次の
測長を行なう。 というステップで行われるため、必然的に測長は試料搬
送や真空排気が行われていないときに行われる構成とな
っており、装置自身が発生する振動を緩和する必要がな
かった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】試料が半導体ウエハ等
の量産品である場合には、短時間で多くの測長を行うこ
とが要求され、測長を効率良く短時間で行うためには、
ゲートバルブを介して試料室と接続されるローダ室を設
け、一つの試料に関して試料室で測長を行っている間に
次の試料をローダ室に搬送し、さらに該ローダ室を真空
にするための排気をも行うといった並列的な制御が必要
となる。

【０００７】このとき、ローダ室や搬送装置は試料台や
電子銃等と一体化されているために、これらから発生す
る振動に対しては前記外部振動を遮断するための除振部
材等は役に立たず、この振動が測長値に悪影響を及ぼし
てしまう場合がある。

【０００８】また、測長値に悪影響を及ぼす環境上の問
題は振動だけに限らず、鏡筒周辺の磁場の変化によって
も電子ビ−ムが偏向され、これが測長値に悪影響を及ぼ
す。

【０００９】本発明の目的は、上記した問題点を解決
し、測長を効率良く行うことができ、かつ振動や磁場の
変化によって悪影響を受けない測長機能を備えた走査電
子顕微鏡を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記した問題点を解決す
るために、本発明は、試料表面を測長する機能を備えた
走査電子顕微鏡において、以下のような手段を具備した
点に特徴がある。 (1) 走査電子顕微鏡の試料搬送機構が稼働中であること
を検出して測長を中断する手段を具備した。

【００１１】上記(1) の構成によれば、走査電子顕微鏡
が振動していない時だけ測長が行われるので、常に正確
な測長結果が得られる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を第１図
により説明する。

【００１３】電子銃１から放射された電子ビ−ム２は、
収束レンズ４、対物レンズ５によって収束され、試料ス
テージ４３上に載置された試料３の表面に照射される。
該電子ビ−ム２は対物レンズ５内に組み込まれた偏向レ
ンズ（図示せず）によって試料３の表面を走査させられ
る。

【００１４】電子ビ−ム２の照射によって試料３表面か
ら発生した二次電子、反射電子等の二次信号６は検出器
７で検出され、該検出信号は増幅器８で増幅された後に
演算手段４４に入力され、演算結果が ＣＲＴ９に出力
される。ＣＲＴ９上には、観察像と共に演算結果である
測長値が表示される。

【００１５】前記、収束レンズ４と対物レンズ５との間
には、ビームブランキング電源１１に接続されたビーム
ブランキング用の偏向コイル１０が設けられ、後述する
コンパレータ２６からの信号に基づいて電源１１が付勢
されると、電子ビ−ム２は偏向コイル１０によって偏向
され、電子ビ−ム２は試料上に照射されなくなる（ブラ
ンキングされる）。

【００１６】電子銃１、収束レンズ４、対物レンズ５、
およびビームブランキング用の偏向コイル１０は鏡筒３
３内に設置され、該鏡筒３３の下部には試料室１２が設
けられいる。試料室１２とローダ室１５とはゲートバル
ブ１４で仕切られ、試料室１２内は真空ポンプ１３によ
って排気され、ローダ室 １５内は真空ポンプ１６によ
って排気される。

【００１７】ローダ室１５の、前記ゲートバルブ１４と
対向する部分にはゲートバルブ２１が設けられ、該ゲー
トバルブ２１からは、ローダ機構２３によって昇降され
る試料ケース２２から１枚づつ取り出される試料３が導
入される。

【００１８】ローダ室１５内には、後に第５図を用いて
詳述するロードロック機構２０が設けられており、ロー
ダ室１５内には試料３を２枚収納することができる。

【００１９】前記鏡筒３３、試料室１２、およびローダ
室 １５は荷重板１７によって支持され、該荷重板 １
７は、防振マウント１８を介して架台１９上に載置さ
れ、前記ローダ機構２３は架台１９上に直接載置され
る。

【００２０】一方、前記荷重板１７上には加速度計２４
ａ、２４ｂ（図示せず）、２４ｃ（図示せず）が、それ
ぞれＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の振動測定が可能なように
取り付けられ、各加速度計２４ａ、２４ｂ、２４ｃの出
力信号はコンパレータ２６の一方の入力端子に入力され
る。また、該コンパレータ２６の他方の入力端子にはデ
ータベース２５が接続されている。

【００２１】なお、加速度計２４の設置場所は荷重板１
７上に限定されるものではなく、試料３および電子銃１
の少なくとも一方の振動を検出できるような場所であれ
ば、鏡筒３３の上面あるいは側面等であっても良い。

【００２２】データベース２５には、観察像の振れが走
査電子顕微鏡の測長分解能を越えてしまう振動に応じた
基準信号が記憶されており、コンパレータ２６は、前記
各加速度計２４ａ、２４ｂ、２４ｃの出力信号と前記デ
ータベース２５からの基準信号とを比較し、比較結果に
応じてビームブランキング電源１１を付勢する。

【００２３】ここで、試料の導入、排出を行うロードロ
ック機構２０の動作について、第５図を参照しながら説
明する。なお、同図では説明を簡略化するためにローダ
室１５と試料室１２との間に設けられたゲートバルブ１
４は省略してある。

【００２４】同図(a) に示したように、ローダ室１５内
のロードロック機構は主に２つの試料載置台４０ａ、４
０ｂと、該載置台４０ａ、４０ｂを結合する結合部材４
１とによって構成され、該試料載置台 ４０ａ、４０ｂ
は中心軸４２を中心にして回動する。試料３は試料室１
２内の試料ステージ４３上に載置されて測長される。

【００２５】なお、同図(a) 〜(h) において、“未”を
付した試料３は未測長の試料、“済”を付した試料３は
測長済みの試料、“中”を付した試料３は測長中の試料
を示している。

【００２６】試料が一枚も導入されていない状態 [同図
(a)]から、初めに試料３を載置台４０ａに導入した後、
結合部材４１を中心軸４２を中心に１８０°回転した
後、さらに試料３を載置台４０ｂ上に導入し [同図
(b)]、ここで試料室１２とローダ室１５を排気する。

【００２７】次いで、載置台４０ａ上の試料３を試料ス
テージ４３上に載置し、測長を開始する [同図(c)]。測
長が終了すると、測長済み試料がローダ室１５内の載置
台４０ａ上に再び載置される [同図(d)]。

【００２８】次いで、結合部材４１を１８０°回転した
後 [同図(e)]，今度は載置台４０ｂ上の試料３を試料
室１２内の試料ステージ４３上に載置して測長を開始
し、載置台４０ａ上の測長済み試料３をローダ室１５か
ら排出する [同図(f)]。

【００２９】次いで、載置台４０ａ上に新たな試料を導
入 [同図(g)]して排気し、さらに、測長済み試料を載
置台４０ｂ上に載置する [同図(h)]。

【００３０】以後、前記と同様にして、(e) から(h) の
工程を繰り返して測長を行う。

【００３１】このような構成の走査電子顕微鏡によれ
ば、試料交換を効率良く行えるようになり、短時間で多
くの試料の測長が可能になる。

【００３２】なお、本発明に適用されるロードロック機
構はこのような構成に限定されるものではなく、３枚の
試料、あるいはそれ以上の試料を同時に載置できるロー
ドロック機構であっても良い。

【００３３】本実施例では、特に前記(f) 、(g) で示し
た測長中には、試料のローダ室１５への導入、排出、お
よび真空ポンプによる排気が行われるため振動が発生す
る。該振動は前記加速度計２４ａ、２４ｂ、２４ｃで検
出され、検出信号がコンパレータ２６に出力される。

【００３４】コンパレータ２６は、データベース２５に
記憶された基準信号レベルと各加速度計２４ａ、２４
ｂ、２４ｃの出力信号レベルとを比較し、いずれかの加
速度計の出力信号レベルが基準信号レベルを越えるとビ
ームブランキング電源１１を付勢し、電子ビ−ム２の試
料３への照射を禁止して測長を中断する。

【００３５】振動が収まって各加速度計２４ａ、２４
ｂ、 ２４ｃの出力信号レベルのいずれもが基準信号レ
ベルを下回ると、コンパレータ２６はビームブランキン
グ電源１１の付勢を中止し、再び測長が開始される。

【００３６】本実施例によれば、測長に影響を及ぼす程
度の振動が検出されると測長が行われないので、排気、
試料搬送等の振動を伴う作業と測長とを平行して行なう
ことによって効率の良い測長を可能にした測長システム
において、常に正確な測長が可能になる。

【００３７】しかも、測長が行われない間は電子ビ−ム
が試料に照射されないので、試料のダメージを防ぐこと
ができる。

【００３８】なお、本実施例ではブランキングコイルと
して偏向コイルを用いるものとして説明したが、静電型
のブランキングコイルを用いても同等の効果が達成され
る。

【００３９】また、本実施例では加速度計を荷重板１７
上に設けたが、試料室１２上あるいは鏡筒３３表面に設
けるようにしても良い。

【００４０】第２図は本発明の第２の実施例である走査
電子顕微鏡の概略構成図であり、第１図と同一の符号は
同一または同等部分を表している。

【００４１】本実施例は、試料室１２上に磁場測定器２
７を設け、その出力信号をコンパレータ２６の一方の入
力端子に入力するようにしている。

【００４２】この場合のデータベース２５には、観察像
の振れが走査電子顕微鏡の測長分解能を越えてしまう外
部磁場に応じた基準信号が記憶されている。コンパレー
タ２６は、前記磁場測定器２７の出力信号レベルと前記
データベース２５からの基準信号レベルとを比較し、出
力信号レベルが基準信号レベルを上回るとビームブラン
キング電源１１を付勢し、電子ビ−ム２が試料３に照射
されないようにブランキングする。

【００４３】本実施例によれば、鏡筒近傍の磁場の変化
量が小さく、正確な測長が可能なときだけ測長が行われ
るので、常に正確な測長結果が得られる。

【００４４】ところで、観察像のぶれの許容範囲は、当
然のことながら測長レンジによって異なる。すなわち、
測定の単位がｎｍオーダの場合とμｍオーダの場合とで
は、その許容範囲が異なってくる。

【００４５】そこで、観察倍率あるいは測長レンジ等に
よって上記データベースから出力される基準信号レベル
が変化するようにすれば、振動あるいは磁場の変化に対
して必要以上のレベルが要求されることがない。

【００４６】なお、以上の説明では、加速度計２４また
は磁場測定器２７の一方のみが設置された場合を例にし
て説明したが、両者を共に設置するようにしても良い。

【００４７】第３図は本発明の第３の実施例である走査
電子顕微鏡の概略構成図であり、前記第１図又は第２図
と同一の符号は同一または同等部分を表している。

【００４８】同図において、ゲートバルブ１４、２１、
真空ポンプ１３、１６、ロードロック機構２０といった
ように、その動作によって振動が発生し、測長値に悪影
響を及ぼす装置からは、各部分が動作中であるか否かを
示す制御信号が制御装置３２に出力される。

【００４９】該制御装置３２は、入力される制御信号を
チェックし、前記各装置のいずれかが動作中であるとビ
ームブランキング電源１１を付勢し、電子ビ−ムをブラ
ンキングする。

【００５０】本実施例によれば、大きな振動が発生する
可能性がある期間は測長が行われないので、常に正確な
測長が可能になる。

【００５１】第４図は本発明の第４の実施例の概略構成
図であり、第３図と同一の符号は同一または同等部分を
表している。

【００５２】本実施例では、第３図に示した構成の他
に、主にハンド２９、アーム３０、本体３１によって構
成されるロボット２８をさらに設置し、該ロボット２８
が試料ケース２２を搬送し、該試料ケース２２をローダ
機構２３に収納する。

【００５３】このような構成の走査電子顕微鏡では、ロ
ボット２８が試料ケース２２をローダ機構２３に収納す
る際に、それによる振動が架台１９、防振マウント１８
を介して荷重板１７に伝達されてしまう。

【００５４】そこで、本実施例では、ロボット２８が試
料ケース２２をローダ機構２３に収納する時、すなわち
ハンド２９が開く時に信号を出力するようにし、該信号
も制御装置３２に入力するようにした。

【００５５】本実施例によれば、前記同様、大きな振動
が発生する可能性がある期間は測長が行われないので、
常に正確な測長が可能になる。

【００５６】なお、以上の説明では具体的に示さなかっ
たが、第１図に関して説明したような、振動検出手段を
具備した走査電子顕微鏡に、第２図に関して説明した磁
場の変化に対処するための手段を適用したり、あるいは
これらの手段の一方または両方を、第３、４図に関して
説明した各実施例に適用したりすることも可能である。

【００５７】また、上記した各実施例では、振動量が多
い場合などの測定中断時には電子ビ−ムをブランキング
することによって試料のダメージを最小限に押えるもの
として説明したが、対物レンズや収束レンズを制御して
電子ビ−ムの収束を緩和し、試料上での電子ビ−ムのス
ポット径が大きくなるようにすると共に、そのときは測
長値を求めるための演算を行なわないようにすれば、上
記と同様の効果が得られる。

【００５８】さらに、試料のダメージを考慮しなくても
良いのであれば、電子ビ−ムは測長時と同様に試料上に
照射し、測長値を求めるための演算だけを行なわないよ
うにしても良い。

【００５９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、測長値に影響を及ぼすような振動、磁場の変
化が発生していない時だけ測長を行なうので、常に正確
な測長が可能になる。

【００６０】また、測定中断時には電子ビ−ムをブラン
キングしたり、あるいは電子ビ−ムの収束を緩和してス
ポット径を大きくしたりすれば、試料が受けるダメージ
を最小限にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例である走査電子顕微鏡の概
略構成図。

【図２】 本発明の第２の実施例である走査電子顕微鏡
の概略構成図。

【図３】 本発明の第３の実施例である走査電子顕微鏡
の概略構成図。

【図４】 本発明の第４の実施例である走査電子顕微鏡
の概略構成図。

【図５】 ロードロック機構を説明するための図。

【符号の説明】

３…試料、１０…偏向コイル、１１…ビームブランキン
グ電源、１２…試料室、１３、１６…真空ポンプ、１
４、２１…ゲートバルブ、１５…ローダ室、１７…荷重
板、１８…防振マウント、１９…架台、２０…ロードロ
ック機構、２４…加速度計、２５…データベース、２６
…コンパレータ、３３…鏡筒、４３…試料ステージ、４
４…演算手段

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子銃から放射された電子ビ−ムを収束
   して試料上で走査したときに得られる電子を検出し、前
   記試料に形成されたパターンなどを測長する機能を備え
   た走査電子顕微鏡において、 電子ビームが照射される試料を配置する試料ステージが
   内在する試料室と、 前記試料室の真空を破ることなく当該試料室との間で試
   料交換を行うローダ室と、 前記ローダ室へ試料を外部から導入するためのゲートバ
   ルブと、 少なくとも前記ゲートバルブが動作しているときに前記
   測長を中断する手段とを含むことを特徴とする走査電子
   顕微鏡。
2. 【請求項２】 電子銃から放射された電子ビ−ムを収束
   して試料上で走査したときに得られる電子を検出し、前
   記試料に形成されたパターンなどを測長する機能を備え
   た走査電子顕微鏡において、 電子ビームが照射される試料を配置する試料ステージが
   内在する試料室と、 前記試料室の真空を破ることなく当該試料室との間で試
   料交換を行うローダ室と、 前記ローダ室を真空排気する真空ポンプと、 少なくとも前記真空ポンプが動作しているときに前記測
   長を中断する手段とを含むことを特徴とする走査電子顕
   微鏡。
3. 【請求項３】 電子銃から放射された電子ビ−ムを収束
   して試料上で走査したときに得られる電子を検出し、前
   記試料に形成されたパターンなどを測長する機能を備え
   た走査電子顕微鏡において、 電子ビームが照射される試料を配置する試料ステージが
   内在する試料室と、 前記試料室の真空を破ることなく当該試料室との間で試
   料交換を行うローダ室と、 前記試料室へ搬入あるいは試料室から搬出される試料の
   複数を載置可能な試料台を移動させる移動機構を含むロ
   ードロック機構と、 少なくとも前記ロードロック機構が動作しているときに
   前記測長を中断する手段とを含むことを特徴とする走査
   電子顕微鏡。
4. 【請求項４】 電子ビ−ムが試料表面に照射されないよ
   うに、該電子ビ−ムを偏向するビームブランキング手段
   をさらに具備し、 前記測長が中断されると前記ビームブランキング手段に
   より電子ビームがブランキングされることを特徴とする
   請求項１ないし３のいずれかに記載の走査電子顕微鏡。
5. 【請求項５】 電子ビ−ムの収束を緩める収束緩和手段
   をさらに具備し、 前記測長が中断されると前記収束緩和手段により電子ビ
   ームの収束が緩められることを特徴とする請求項１ない
   し３のいずれかに記載の走査電子顕微鏡。