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JPH1064467A - 電子顕微鏡 - Google Patents

電子顕微鏡

Info

Publication number
JPH1064467A
JPH1064467A JP8222383A JP22238396A JPH1064467A JP H1064467 A JPH1064467 A JP H1064467A JP 8222383 A JP8222383 A JP 8222383A JP 22238396 A JP22238396 A JP 22238396A JP H1064467 A JPH1064467 A JP H1064467A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lens
thin film
lens barrel
sample
electron beam
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP8222383A
Other languages
English (en)
Inventor
Bunro Komatsu
松 文 朗 小
Hiroshi Motoki
木 洋 本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP8222383A priority Critical patent/JPH1064467A/ja
Priority to US08/915,399 priority patent/US5811803A/en
Publication of JPH1064467A publication Critical patent/JPH1064467A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/28—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes with scanning beams
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/16—Vessels
    • H01J2237/164—Particle-permeable windows
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    • H01J2237/26—Electron or ion microscopes
    • H01J2237/2602—Details
    • H01J2237/2605—Details operating at elevated pressures, e.g. atmosphere
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01J2237/28—Scanning microscopes
    • H01J2237/2813—Scanning microscopes characterised by the application
    • H01J2237/2817—Pattern inspection

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Length-Measuring Devices Using Wave Or Particle Radiation (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 試料室内で発生したコンタミの影響を受ける
ことなく、試料室内の低真空状態と隔離して鏡筒内を高
真空状態を維持可能な電子顕微鏡を提供する。 【解決手段】 電子顕微鏡は、レンズ（２、３、４）で
集光制御された電子ビームが通過する鏡筒（５）と、鏡
筒内を通過した電子ビームが照射される試料（７）が載
置される試料室（８）と、鏡筒の試料室側の開口を閉じ
るように取り付けられ鏡筒と試料室との真空を隔離する
隔離薄膜（６）とを備えたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電子顕微鏡に係り、
特に鏡筒と試料室との間の真空を隔離する隔離薄膜を有
する電子顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の電子顕微鏡では低真空（約１０-5
torr）の試料室と高真空（約１０-7torr）の鏡筒とは連
通しており、作動排気によって形成される真空度の勾配
が形成されているだけであった。
【０００３】この場合、大気中の試料をロードロック室
で排気した後試料室に搬送した直後には、試料室の真空
度は二桁程度は低下するが、鏡筒側はそのコンダクタン
スの値に従って真空度の勾配が形成されており、試料室
の真空度に比べて鏡筒内は高真空度に維持されている。
【０００４】しかしなから電子ビームを試料に照射しつ
ずけることにより生じる試料からのカーボン系汚染を完
全に遮断することは不可能であり、鏡筒内のレンズ系や
アパーチャなどの性能劣化の主要因となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】半導体デバイスの微細
化に伴い電子顕微鏡の観察倍率は１０万倍以上であるこ
とが要求されてきている。観察倍率が増加すると電子ビ
ームのドーズ量（単位面積あたりの照射密度）も高くな
る。
【０００６】この結果、電子ビーム照射により試料から
ハイドロカーボン系のコンタミが発生し、次のことがお
きている。 （１）鏡筒内の真空度劣化を誘因する。 （２）発生したコンタミが鏡筒内のレンズ系（主に対物
レンズ）やアパーチャ系に付着する。
【０００７】これらのことは分解能の低下、あるいは測
定精度の低下を招いている。
【０００８】図６は測定倍率＝５０ｋＸで電子ビーム電
流＝２ｐＡにて同一パターンの繰り返し測定を行った結
果を示す。測定パターン寸法が増加しているのはコンタ
ミが試料に付着して測定値が変動していくことを示して
いる。
【０００９】このコンタミは鏡筒内に蓄積しているもの
で、鏡筒内をさらに強力に排気することでこのような寸
法変動が抑えられることを以下のように本発明者は見い
だした。すなわち、図７は図６と同一試料を同一条件に
して測定した結果を示すものであるが、図６に示すよう
な寸法変動は生じていないことが認められる。図７に示
す結果は、鏡筒の対物レンズ近傍をさらに追加排気でき
るように工夫することによって得られたものである。
【００１０】しかしながら、このような鏡筒に追加排気
機構を取り込んでも対物レンズあるいはアパーチャへの
コンタミの付着までを除去することは困難である。
【００１１】そこで本発明の目的は上記従来技術の有す
る問題を解消し、試料室内で発生したコンタミの影響を
受けることなく、試料室内の低真空状態と隔離して鏡筒
内を高真空状態を維持可能の電子顕微鏡を提供すること
である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の電子顕微鏡は、レンズで集光制御された電子
ビームが通過する鏡筒と、前記鏡筒内を通過した電子ビ
ームが照射される試料が載置される試料室と、前記鏡筒
の前記試料室側の開口を閉じるように取り付けられ前記
鏡筒と前記試料室との真空を隔離する隔離薄膜とを備え
たことを特徴とする。
【００１３】また、前記隔離薄膜は、電子ビームが照射
されたときにアウトガスを発生させないＳｉＣ等の材料
から形成されていることが好適である。
【００１４】また、前記隔離薄膜はシリコンと炭素とを
含む燒結体で形成されていることが好適である。
【００１５】また、前記隔離薄膜は均一な厚さを有する
ことが好適である。
【００１６】また、前記隔離薄膜は、１μｍの厚さにお
いて１ｋｇ／ｃｍ2 以上の耐真空力特性を有することが
好適である。
【００１７】また、前記隔離薄膜は、１０4 Ω・ｃｍ以
上の比抵抗を有することが好適である。
【００１８】また、本発明のパターン寸法測定装置は、
レンズで集光制御された電子ビームが通過する鏡筒と、
前記鏡筒内を通過した電子ビームが照射される試料が載
置される試料室と、前記鏡筒の前記試料室側の開口を閉
じるように取り付けられ前記鏡筒と前記試料室との真空
を隔離する隔離薄膜と、前記試料に形成されたパターン
の寸法を測定する寸法測定手段と、を備えたことを特徴
とする。
【００１９】
【発明の実施の態様】次に図面を参照して本発明の実施
の態様について説明する。図１は本発明に係る電子顕微
鏡の一実施形態を示すブロック図である。図１におい
て、電子顕微鏡は電子銃１と、電子銃１から放出された
電子ビームを集光制御するコンデンサレンズ２、偏向レ
ンズ３及び対物レンズ４からなるレンズ系と、これらの
レンズ系で制御された電子ビームが内部を通過する鏡筒
５と、鏡筒５の試料室８側の開口部に取り付けられた隔
離薄膜６と、鏡筒５内を通り隔離薄膜６を通過した電子
ビームが照射される試料７が載置される試料室７と、を
備えている。試料７はテーブル９上に載置されており、
テーブル９は寸法測定手段を内蔵する移動制御手段１０
によって移動制御される。電子ビームが試料８上のパタ
ーンに照射され、生成された二次電子信号は検出器１１
によって検出される。鏡筒５内はイオンポンプ１２によ
って約１０-7torrに真空引きされており、試料室８内は
ターボモレキュラポンプ１３によって約１０-5torrに真
空引きされている。
【００２０】図２は隔離薄膜６の近傍を拡大して示す図
である。図２において、鏡筒５に開口部に隔離薄膜６が
取り付けられている。鏡筒５の外周部には対物レンズ４
を構成するレンズコイル４ａと上極４ｂと下極４ｃとが
配設されている。
【００２１】試料７上に形成されたパターンの寸法測定
については、電子ビームを試料７上に走査し、検出器１
１によって二次電子信号を検出するとともに移動制御手
段１０によってテーブル９を移動制御し、電子ビームの
走査量やテーブル９の移動量から寸法測定が行われる。
【００２２】次に、隔離薄膜６について詳細に説明す
る。隔離薄膜６に要求される特性は次の通りである。 （１）電子ビームを通過できる程度に薄い膜厚に精度良
く加工されている必要がある。すなわち、電子ビームの
散乱を抑えるため、密度が低く低原子番号の材質である
必要がある。また、膜厚が高精度に均一である必要があ
る。均一でない場合には、光軸に直交方向に走査される
電子ビームが隔離薄膜６を通過した後には一種のくさび
形プリズムを通過したようになり、光軸に対して非対称
のビーム形状になってしまうからである。
【００２３】例えば導電製ナイロンや導電製セラミック
など鏡筒内部に従来用いられてきた材質では加工精度に
問題があり電子ビームが通過できる膜厚には加工が極め
て困難である。 （２）隔離薄膜６を金属系材料で形成した場合にはうず
電流損失を無視することができない。うず電流損失を無
視できるようにするためには、電子ビームの偏向速度を
低速度化する必要があるという制約が生じ、スループッ
トが低下する。
【００２４】高速偏向（８ｋＨｚ）をしても渦電流の影
響を無視できるためには、比抵抗として１０4 〜１０5
Ω・ｃｍ以上であることが望ましい。 （３）隔離薄膜６に電子ビームが照射されたときにアウ
トガスの発生ができるだけ少ないことが必要であり、少
なくとも１０-5torr以下に排気を可能にするようでなけ
ればならない。 （４）隔離薄膜６の耐真空度は１ｋｇ／ｃｍ2 以上であ
ることが必要である。鏡筒５内は約１０-7torrに真空引
きされ、試料室８内は約１０-5torrに真空引きされ、両
者の真空度の差に耐える耐真空度が必要である。
【００２５】上述のこれらの特性を満足できる材質とし
て、本実施形態ではＳｉＣの焼結体を採用し、これによ
って膜厚約１μｍの隔離薄膜６を形成した。
【００２６】次に図３乃至図５を参照して隔離薄膜６と
鏡筒５への取り付け方法について説明する。なお、わか
りやすくするために隔離薄膜６の厚さ等は他の部材に比
べて誇張して大きく表示されている。図３に示す実施例
では、隔離薄膜６は平板状に形成されるとともに側面に
テーパが形成されており、上方に尖った薄い円錐台形状
をしている。この円錐台形状の上面の径は鏡筒５の開口
部の径より小さく、下面の径は鏡筒５の開口部の径より
大きく形成されている。そして、鏡筒５の内壁面に真空
グリース１５を塗り、隔離薄膜６を鏡筒５の開口部に挿
入し、鏡筒５内を真空引きして隔離薄膜６が鏡筒５に取
り付けられる。
【００２７】図４または図５に示す実施例では、隔離薄
膜６はＳｉＣ焼結体からなるコップ状の円筒体１７の底
面に形成されている。円筒体１７はその外壁面が鏡筒５
の内壁面に密接して挿入され、鏡筒５に保持され、これ
によって隔離薄膜６は鏡筒５の開口部に取り付けられ
る。
【００２８】また、図４に示す実施例では、円筒体１７
の外側面に深さ約０．５μｍの薄い溝部１８が形成され
ている。溝部１８には偏向レンズ３を構成するコイル１
９が巻かれている。また、図５に示す実施例では、円筒
体１７の内側面に深さ約０．５μｍの薄い溝部１８が形
成されている。溝部１８には偏向レンズ３を構成するた
めの金の蒸着膜２０が形成されている。
【００２９】図４または図５に示す実施例では、円筒体
１７は鏡筒５に対し高精度に同軸状の位置決め可能であ
り、従って、コイル１９または蒸着膜２０を鏡筒５の軸
芯に対し高精度に位置決めして配設することができる。
この結果、電子ビームを高精度に偏向走査でき、また偏
向レンズ３の電源供給などの設計を容易化できる。
【００３０】上述のようにして形成されたＳｉＣ焼結体
の隔離薄膜６は膜厚１μｍ程度あるいはそれ以下の厚さ
に成形されている。隔離薄膜６を通過（透過）した電子
ビームのエネルギ分散をみるとプラズモン励起によるエ
ネルギ損失の発振現象が生じ得る。しかし、パターン寸
法測定を行う走査形電子顕微鏡（ＳＥＭ）のように低エ
ネルギの電子ビームを用いる場合にはこの影響を無視す
ることができる。また、隔離薄膜６に与える応力（差圧
による）に関しても鏡筒５の開口のボア径が８ｍｍ程度
である場合には１ａｔｍの差圧にも耐えられることを確
認することができた。
【００３１】隔離薄膜６は鏡筒５の試料室８側の開口部
を塞ぐようにとりつけたられているが、開口部を完全に
は塞がずにコンタミが鏡筒５内に侵入しないように部分
的に塞ぐのであってもかまわない。
【００３２】以上の結果、電子銃１から射出された電子
ビームはレンズ系２、３、４によって集光制御され、鏡
筒５内を通り隔離薄膜６を通過して試料７に照射され
る。試料７への電子ビームの照射により、試料７からハ
イドロカーボン等のコンタミが放出され得るが、コンタ
ミは隔離薄膜６によって遮られて鏡筒５内へ進入するこ
とがなく、したがって、コンタミが鏡筒５内に蓄積する
ことを防止できる。この結果、隔離薄膜６が設けられて
いない場合に生じていた弊害、すなわち鏡筒５内に蓄積
したコンタミが試料７に再付着し線幅の測定が電子ビー
ムの照射時間が経過するほど太くなるというような測定
精度を低下させる弊害を除去することができる。
【００３３】また、隔離薄膜６はＳｉＣ焼結体で形成さ
れているので、膜厚を均一な厚さに加工することが容易
であり、また、比抵抗が１０4 〜１０5 Ω・ｃｍの値を
有するのでうず電流の影響の制限を受けることなく電子
ビームを８ｋＨｚの高速偏向しても支障がなく、また、
電子ビームが照射されてもアウトガスの発生がないので
鏡筒５内と試料室８内とを容易に１０-5torr以下の真空
に排気することができる。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の構成によ
れば、鏡筒の試料室側の開口を閉じるように取り付けら
れ鏡筒と試料室との真空を隔離する隔離薄膜を設けたの
で、電子ビームの照射により発生したコンタミが鏡筒内
に進入することを防止でき、鏡筒内を常に高真空状態を
維持できるので分解能の経時変化がなくなり、寸法計測
においても測定値の変動をおさえることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子顕微鏡の一実施形態を示す断面
図。
【図２】本発明電子顕微鏡の鏡筒の対物レンズの近傍を
示す断面図。
【図３】隔離薄膜を鏡筒に取り付ける一実施例を示す断
面図。
【図４】隔離薄膜を鏡筒に取り付ける他の実施例を示す
断面図。
【図５】隔離薄膜を鏡筒に取り付ける他の実施例。
【図６】従来の電子顕微鏡により、同一パターンを繰り
返し測定した場合の寸法値の時間的変動を示すグラフで
あり、電子ビームの照射により発生したカーボン系コン
タミが試料表面に再付着し、照射時間の経過とともにパ
ターンが太く測定されることを示す図。
【図７】従来の電子顕微鏡で、鏡筒の対物レンズ周辺を
強制排気できるように装置を改し、図５に示すものと同
一パターンを同一条件で測定した結果を示す図であり、
（ａ）は（１）、（２）、（３）の３回の測定結果を示
し、（ｂ）は（ａ）の結果をグラフに示したものであ
る。
【符号の説明】
１ 電子銃 ２ コンデンサレンズ ３ 偏向レンズ ４ 対物レンズ ５ 鏡筒 ６ 隔離薄膜 ７ 試料 ８ 試料室 ９ テーブル １０ 移動制御手段 １１ 検出器 １２ イオンポンプ １３ ターボモレキュラポンプ １５ 真空グリース １７ 円筒体 １８ 溝部 １９ コイル ２０ 蒸着膜

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】レンズで集光制御された電子ビームが通過
    する鏡筒と、前記鏡筒内を通過した電子ビームが照射さ
    れる試料が載置される試料室と、前記鏡筒の前記試料室
    側の開口を閉じるように取り付けられ前記鏡筒と前記試
    料室との真空を隔離する隔離薄膜とを備えたことを特徴
    とする電子顕微鏡。
  2. 【請求項２】前記隔離薄膜は、電子ビームが照射された
    ときにアウトガスを発生させないＳｉＣ等の材料から形
    成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子顕
    微鏡。
  3. 【請求項３】前記隔離薄膜はシリコンと炭素とを含む燒
    結体で形成されていることを特徴とする請求項１に記載
    の電子顕微鏡。
  4. 【請求項４】前記隔離薄膜は均一な厚さを有することを
    特徴とする請求項１に記載の電子顕微鏡。
  5. 【請求項５】前記隔離薄膜は、１μｍの厚さにおいて１
    ｋｇ／ｃｍ2 以上の耐真空力特性を有することを特徴と
    する請求項１に記載の電子顕微鏡。
  6. 【請求項６】前記隔離薄膜は、１０4 Ω・ｃｍ以上の比
    抵抗を有することを特徴とする請求項１に記載の電子顕
    微鏡。
  7. 【請求項７】レンズで集光制御された電子ビームが通過
    する鏡筒と、前記鏡筒内を通過した電子ビームが照射さ
    れる試料が載置される試料室と、前記鏡筒の前記試料室
    側の開口を閉じるように取り付けられ前記鏡筒と前記試
    料室との真空を隔離する隔離薄膜と、前記試料に形成さ
    れたパターンの寸法を測定する寸法測定手段と、を備え
    たことを特徴とするパターン寸法測定装置。
JP8222383A 1996-08-23 1996-08-23 電子顕微鏡 Pending JPH1064467A (ja)

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JP8222383A JPH1064467A (ja) 1996-08-23 1996-08-23 電子顕微鏡
US08/915,399 US5811803A (en) 1996-08-23 1997-08-20 Electron microscope

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JP8222383A JPH1064467A (ja) 1996-08-23 1996-08-23 電子顕微鏡

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