CN1221831C - 紫外线显微镜以及观察方法 - Google Patents
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Abstract
一种紫外线显微镜，具有用紫外光观察样品的紫外光观察装置；气体供给装置，在用紫外光进行观察中，向样品附近供给非活性气体；定时控制装置，控制通过气体供给装置进行的非活性气体的定时供给。定时控制装置控制气体供给装置，以在用紫外光进行样品的观察前，使非活性气体被预供给，同时至少在用紫外光进行观察中，使非活性气体被正式供给。
Description
技术领域
本发明涉及一种通过紫外区或远紫外区的光观察样品的紫外线显微镜以及观察方法。
以下申请公开的内容作为本申请的参考：日本专利申请：2001-132239，申请日：2001年4月27日。
背景技术
现在，通过紫外区或远紫外区的光(波长为356nm、266nm、248nm等的光，统称“紫外光”)观察样品的紫外线显微镜是众所周知的。由于紫外线显微镜与使用可见光的光学显微镜相比具有很高的分辨率，所以在显微领域不断得以应用。
但是，在半导体领域，伴随着半导体元件的高集成化，晶片上的图形更加微细化。近年的图形的线宽为0.13μm～0.24μm左右。由于这种微细化的图形通过使用可见光的光学显微镜无法观察，所以即使在半导体领域，也在讨论使用紫外线显微镜。
但是，由于现有的紫外线显微镜与使用可见光的光学显微镜相同，都是在空气中观察样品，所以如图9所示，在样品91和物镜92之间存在的空气93中的氧气由于紫外光LUV被臭氧化，臭氧的一部分成为氧等离子(活性氧)，在样品91表面造成损伤。
例如，对于在晶片上形成用于半导体制造工艺的抗蚀图形形的样品91的情况下，抗蚀图形的表面由于空气93中的氧等离子(活性氧)很容易被剥离。即，在抗蚀图形的表面上，由于氧等离子(活性氧)而使抗蚀剂分子的分解作用加速，低分子化的较轻的抗蚀剂分子由于与空气93中的氧结合而蒸发。
此外，在紫外线显微镜的紫外光LUV的波长与抗蚀图形形成时的曝光波长(近年的主流为248nm)接近的情况下，当用紫外光LUV进行观察时，抗蚀图形被再次曝光。因此，在紫外光LUV照射的部位上，抗蚀剂分子的分解作用加速，造成与上述相同的损伤。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以减轻紫外光观察时的样品损伤的观察装置、紫外线显微镜以及观察方法。
本发明的用紫外光观察样品的紫外光观察装置具有气体供给装置，在用紫外光进行观察中，向样品附近供给非活性气体。优选该紫外光观察装置还具有定时控制装置，控制通过气体供给装置进行的非活性气体的定时供给，定时控制装置优选控制气体供给装置，以在用紫外光进行样品的观察前，使非活性气体被预供给，同时至少在用紫外光进行观察中，使非活性气体被正式供给。
本发明的紫外线显微镜具有：紫外光观察装置，用紫外光观察样品；气体供给装置，在用紫外光进行观察中，向样品附近供给非活性气体。
优选该紫外线显微镜还具有定时控制装置，控制通过气体供给装置进行的非活性气体的定时供给。定时控制装置控制气体供给装置，以在用紫外光进行样品的观察前，使非活性气体被预供给，同时至少在用紫外光进行观察中，使非活性气体被正式供给。在这种情况下，优选定时控制装置在用紫外光进行观察的准备中，使非活性气体被预供给。而且，优选定时控制装置用紫外光进行观察的准备工作结束时，使非活性气体的正式供给开始。
优选定时控制装置在用紫外光进行观察结束时，使非活性气体的正式供给停止。
优选本发明的紫外线显微镜还具有可见光观察装置，用可见光观察样品。定时控制装置从用可见光进行观察结束到用紫外光进行观察开始之间，使非活性气体被预供给。
优选气体供给装置具有流量控制装置，控制从气体供给装置被供给的非活性气体的流量。流量控制装置根据气体供给装置开始非活性气体的正式供给的定时，使非活性气体的流量增加。在这种情况下，优选本发明的紫外线显微镜还具有存储装置，预先存储与从气体供给装置被供给的非活性气体的流量相关的设定值。流量控制装置根据存储在存储装置中的设定值，控制非活性气体的流量。
此外，优选气体供给装置还具有检测装置，检测从气体供给装置被供给的非活性气体的流量。流量控制装置调整非活性气体的流量，使检测装置的检测值与存储在存储装置中的设定值一致。优选本发明的紫外线显微镜还具有警告装置，当检测装置的检测值小于规定的临界值时，向外部发出警告。而且，优选警告装置当在气体供给装置的非活性气体的正式供给中检测值小于临界值时，停止使用紫外光进行样品的观察。
优选非活性气体为氮气。此外，非活性气体为抑制涂覆在样品表面上的抗蚀剂的低分子化的气体。
优选紫外线观察装置具有物镜。气体供给装置向样品和物镜之间供给非活性气体。
优选紫外线观察装置具有遮光装置，机械式地遮挡紫外光。遮光装置除了在用紫外光进行观察中之外，遮挡紫外光向样品的照射。
优选紫外光观察装置还具有自动调焦装置，自动地进行紫外光观察装置的焦点调节。自动调焦装置在用紫外光进行观察之前，使用与紫外光不同的自动调焦用光进行自动调焦。
本发明的样品观察方法为向样品附近供给非活性气体，然后用紫外光进行样品的显微镜观察。
优选该样品观察方法在用紫外光进行样品的显微镜观察之前，向样品附近预供给非活性气体，在用紫外光进行样品的显微镜观察时，向样品附近正式供给非活性气体。
附图说明
图1是表示紫外线显微镜10的整体结构的图。
图2是表示紫外线显微镜10的观察动作的顺序的流程图。
图3是表示紫外线显微镜10的观察动作的顺序的流程图。
图4是表示氮气供给装置的另一个构成例的图。
图5A、图5B是表示氮气供给装置的另一个构成例的图。
图6是与抗蚀图形的尺寸变化相关的实验结果。
图7是与非曝光部位的抗蚀剂膜厚变化相关的实验结果。
图8是与RIE处理后的尺寸变化相关的实验结果。
图9是用于说明本发明的课题的图。
具体实施方式
以下参照附图，对本发明的实施方式进行详细说明。
如图1所示，本实施方式的紫外线显微镜10由以下装置构成：载物台12，保持样品11，同时可以在xy方向上移动；紫外光观察装置21～26，通过紫外光观察样品11；可见光观察装置31～37，通过可见光观察样11；遮光装41～43，遮挡紫外光或可见光；氮气供给装置51～57；自动调焦装置61～67；CPU13；存储器14；操作装置15。
作为紫外线显微镜10的观察对象的样品11是例如形成用于半导体制造工艺中的抗蚀图形的半导体晶片。本实施方式的紫外线显微镜10是适于高分辨率观察在样品11中形成的微细的抗蚀图形(线宽为0.13～0.24μm左右)，详细内容在后面进行描述。
下面对紫外线显微镜10的结构进行具体说明。紫外光观察装置21～26由以下部件构成：光源21，射出紫外光；半透明反射镜22；物镜23；分色镜24；CCD照相机25；监视器26。其中，半透明反射镜22使从光源21射出的紫外光向物镜23侧反射，同时使从物镜23射出的紫外光或可见光透过。分色镜24使从半透明反射镜22射出的紫外光向CCD照相机25侧反射，同时使可见光透过。
此外，在紫外光观察装置21～26的光源21中使用水银·氙灯或水银灯、UV激光等紫外线光源。在使用水银·氙灯或水银灯作为光源21的情况下，优选在光源21和半透明反射镜22之间插入选出紫外区或远紫外区的任意波长的波长选择滤光器。
物镜23是紫外光观察用的物镜，不仅紫外光，而且对于自动调焦用的光(红外区和远红外区的光)都可以修正色差。CCD照相机25是在紫外区和远紫外区具有灵敏度的紫外光用的摄像装置，其输出接口透过CPU13与监视器26连接。
另一方面，紫外线显微镜10的可见光观察装置31～37由以下装置构成：光源31，输出可见光；半透明反射镜32；物镜33；紫外光遮挡滤光器34；半透明反射镜35；CCD照相机36；监视器37。
其中，半透明反射镜32使从光源31射出的可见光向物镜33侧反射，同时使从物镜33射出的紫外光或可见光透过。紫外光遮挡滤光器34使从分色镜24射出的可见光透过，同时遮挡从分色镜24泄漏出的紫外光。半透明反射镜35使从分色镜24射出的可见光向CCD照相机36侧透过，同时使其向图中未表示的目镜侧反射。
此外，在可见光观察装置31～37的光源31中使用例如碘钨灯等光源。物镜33是可见光观察用的物镜，不仅可见光，而且对于自动调焦用的光(红外区和远红外区的光)都可以修正色差。CCD照相机36是在可见光区具有灵敏度的可见光用的摄像装置，其输出接口通过CPU13与监视器37连接。
在图1中只表示了一个目镜33，但在紫外线显微镜10的可见光观察装置31～37中可以使用从低倍率到高倍率的多个物镜33。以下，在多个物镜33中，将低倍率的物镜33称为“低倍物镜33”，将高倍率的物镜33称为“高倍物镜33”。
此外，上述紫外光观察装置21～26的物镜23和可见光观察装置31～37的低倍物镜33、高倍物镜33安装在图中未表示的电动转换器上。因此，根据电动转换器的旋转状态，紫外光观察用的物镜23、可见光观察用的低倍物镜33、高倍物镜33的其中一个插入观察光路10a上。
接下来，对紫外线显微镜10的遮光装置41～43进行说明。遮光装置41～43由以下装置构成：遮光器41，可以插入紫外光观察装置21～26的光源21和半透明反射镜22之间(紫外照明光路41a)；遮光器42，可以插入可见光观察装置31～37的光源31和半透明反射镜32之间(可见光照明光路42a)；遮光器控制器43，驱动两个遮光器41、42的开闭。
当使遮光器41从紫外照明光路41a退出时(开放状态)，由于从光源21射出的紫外光被导入观察光路10a，所以通过紫外线显微镜10可以用紫外光观察样品11。相反，当将遮光器41插入紫外照明光路41a时(关闭状态)，从光源21射出的紫外光被遮光器41遮挡，从而没有被导入观察光路10a。
此外，使遮光器42从可见光照明光路42a退出(开放状态)，由于从光源31射出的可见光被导入观察光路10a，所以通过紫外线显微镜10可以用可见光观察样品11。相反，当将遮光器42插入可见光照明光路42a时(关闭状态)，从光源31射出的可见光被遮光器42遮挡，从而没有被导入观察光路10a。
遮光器控制器43根据来自CPU13的控制信号，驱动遮光器41、42的开闭，当用紫外光观察样品11时，遮光器41处于开放状态，遮光器42处于关闭状态，此外当用可见光观察样品11时，遮光器41处于关闭状态，遮光器42处于开放状态，详细内容在后面描述。但是，当用紫外光观察样品11时使遮光器41开放的时间，根据CCD照相机25的遮光时间(1帧生成时间)而受到限制。
接下来，对紫外线显微镜10的氮气供给装置51～57进行说明。氮气供给装置51～57是向上述紫外光观察用的物镜23和样品11之间的间隙供给氮气的装置。本实施方式的氮气供给装置51～57由以下部件构成：氮气净化装置53，设置有氮气导入口51和排出口52；氮气槽54，与导入口51连接；流量调整阀55；流量传感器56；吸入装置57，与排出口52连接。
氮气净化装置53是密闭的箱状容器，容纳上述物镜23、33和样品11以及载物台12。在氮气净化装置53的内部，总是从导入口51导入新鲜的氮气。而且，氮气净化装置53内部的被污染的氮气通过吸入装置57从排出口52被排出。氮气净化装置53的气密性可以达到使氮气保持在样品11和物镜23之间的间隙内的程度。
氮气槽54根据与来自CPU13的控制信号相对应的定时(后面说明)喷出氮气。此外，流量调整阀55调整来自氮气槽54的氮气的流量。流量调整阀55通过CPU13被控制。流量传感器56(检测装置)检测来自流量调整阀55的氮气的流量，然后将检测值输出给CPU13。
接下来，对紫外线显微镜10的自动调焦装置61～67进行说明。自动调焦装置61～67由以下装置构成：z轴驱动装置61，使载物台12在上下(z轴)方向上移动LED光源62，射出红外区和远红外区的光；狭缝63；半透明反射镜64、65；两分传感器66；AF控制器67。狭缝63和两分传感器66被装配在互相配合的位置上。
在该自动调焦装置61～67中，通过从LED光源62射出并且通过狭缝63的AF光，将狭缝的像投影到样品11的表面上。然后，样品11反射的狭缝状的AF光入射到两分传感器66。狭缝状的AF光入射到两分传感器66的位置与样品11在z轴方向的位置偏移量对应。
AF控制器67根据从两分传感器66输出的与样品11的位置偏移量相应的信号，控制z轴驱动装置61，使载物台12在z轴方向上移动。其结果是可以将样品11定位在聚焦位置上。自动调焦装置61～67根据与来自CPU13的控制信号相对应的定时(后面说明)，执行上述AF动作，将样品11定位在聚焦位置上。
如上所述，在本实施方式的紫外线显微镜10中，通过紫外光观察用的物镜23和可见光观察用的物镜33两方面来修正AF光的波长区的色差。因此，不仅用可见光观察样品11时，而且用紫外光观察样品11时，都可以使自动调焦装置61～67执行AF动作。
此外，与紫外线显微镜10的CPU13连接的操作装置15是当指示观察开始时，或使载物台12在xy轴方向上移动时，或指示物镜23，33的切换时，操作者进行操作的输入装置。
而且，在与紫外线显微镜10的CPU13连接的存储器14中，存储有进行最佳的紫外线观察的各种设定条件(配置表)。配置表作为查询表而构成。在该配置表中，例如，包含与紫外线观察条件相应的氮气流量值以及氮气吹送时间、氮气浓度、紫外光观察用的CCD照相机25的遮光时间等。
CPU13根据输入操作装置15的指令、存储在存储器14中的配置表，执行后面说明的各种控制。CPU13与“定时控制装置”、“流量控制装置”、“警告装置”对应。
接下来，对如上述构成的紫外线显微镜10的样品11的观察动作进行说明。紫外线显微镜10的CPU13当接收到从操作装置15输入的观察开始的指令时，按照图2、图3所示的流程图的顺序，对放置在载物台12上的样品11执行观察动作。在图2、图3中合并表示了紫外线显微镜10的观察顺序和氮气供给顺序。
紫外线显微镜10的大致观察动作如下所述。首先，通过可见光观察，确定样品11中的欲观察的部位(观察对象部位)。然后，一边向观察对象部位的附近供给氮气，一边对观察对象部位进行紫外光观察。这样，在进行紫外光观察之前，通过可见光观察确定观察对象部位，由此可以缩短对样品11的紫外光的照射时间。
紫外线显微镜10的CPU13当从操作装置15接收到观察开始的指令时，控制紫外线显微镜10的各部分，进行可见光观察的准备(步骤S1)。具体地讲，使可见光观察用的低倍物镜33插入观察光路10a，并且使光源31亮灯。此外，控制遮光器控制器43，使遮光器42开放。
此时，从光源31射出的可见光通过半透明反射镜32的反射，被导入低倍物镜33，从而对样品11进行照明。然后，样品11反射的可见光通过低倍物镜33、半透明反射镜32，65，22、分色镜24以及紫外光遮挡滤光器34，被导入半透明反射镜35，从而被分为两个方向。
通过半透明反射镜35的可见光入射到CCD照相机36，半透明反射镜35反射的可见光到达目镜(图中未表示)。而且，由CCD照相机36拍摄的可见光图像作为样品11的可见光图像被显示在监视器37上。由此，紫外线显微镜10的操作者通过监视器37或者目镜就可以观察样品11的可见光图像。
然后，紫外线显微镜10的CPU13当从操作装置15接收到使载物台12移动的指令时(步骤S2为是)，则使载物台12在xy轴方向上移动(步骤S3)。其结果是样品11也在xy轴方向上移动，操作者观察的样品11的可见光图像被更新。在步骤S2中，当没有从操作装置15接收到载物台12的移动指令时，不执行步骤S3的处理，而执行下面的步骤S4。
在步骤S4中，CPU13判断是否向操作装置15中输入了物镜23、33的切换指令，如果没有输入切换指令(步骤S4为否)，则不执行步骤S5～S8的处理，而执行步骤S9。当输入切换指令时(步骤S4为是)执行的步骤S5～S8在后面进行描述。
如果此时没有切换物镜23、33，则保持可见光观察用的低倍物镜33插入观察光路10a的状态。在步骤S9中，CPU13控制AF控制器67，使其执行AF动作，将样品11定位在低倍物镜33的聚焦位置上。由此，紫外线显微镜10的操作者通过监视器37或者目镜就可以在聚焦的状态下观察样品11的可见光图像。
然后，CPU13判断此时紫外光观察用的物镜23是否被插入观察光路10a(步骤S10)。在插入可见光观察用的物镜33的情况下(S10为否)，执行步骤S11，根据氮气供给装置51～57的流量传感器56的检测值，判断是否有氮气流。
当步骤S11的判断结果为有氮气流时(S11为是)，执行步骤S12，控制氮气槽54，使氮气流停止。然后，执行步骤S13。相反，当没有氮气流时(S11为否)，则不进行步骤S12的处理，而执行步骤S13。
当上述步骤S10的判断结果为紫外光观察用的物镜23被插入观察光路10a时(S10为是)，执行图3的步骤S14～S24，然后执行图2的步骤S13。关于图3的步骤S14～S24在后面进行描述。
CPU13在图2的步骤S13中，判断是否结束紫外线显微镜10的观察动作，在不结束的情况下(S13为否)，返回步骤S12的处理。这样，在可见光观察用的低倍物镜33被插入观察光路10a的情况下，CPU13一边反复进行步骤S2～S4、S9～S13的处理，一边继续使用低倍物镜33进行可见光观察(连续观察)。在此期间，紫外线显微镜10的操作者一边在聚焦的状态下观察样品11的低倍率可见光图像，一边使载物台12移动，从而可以定位样品11中的任意范围(包含观察对象部位)。
在向操作装置15输入物镜23、33的切换指令的情况下(步骤S4为是)，CPU13执行步骤S5，判断是否是从可见光观察用的物镜33向紫外光观察用的物镜23切换的指令。
这里对输入操作装置15的指令是从可见光观察用的低倍物镜33向高倍物镜33的切换指令的情况(步骤S5为否)进行说明。在这种情况下，CPU13不执行步骤S6、S7的处理，而执行步骤S8，使可见光观察用的高倍物镜33插入观察光路10a。
然后，CPU13在可见光观察用的高倍物镜33被插入观察光路10a的状态下，一边反复执行步骤S2～S4、S9～S13的处理，一边继续可见光观察(连续观察)。在此期间，紫外线显微镜10的操作者一边在聚焦的状态下观察样品11的高倍率的可见光图像，一边使载物台12移动，确定样品11中的观察对象部位，从而可以定位。
接下来，对根据上述可见光观察确定的样品11的观察对象部位进行紫外光观察的情况进行说明。在这种情况下，由于向操作装置15输入从可见光观察用的物镜33向紫外光观察用的物镜23的切换指令(步骤S4、S5为是)，所以CPU13执行步骤S6，开始紫外光观察的准备。
即，CPU13控制氮气槽54以及流量调整阀55，使其开始氮气的预供给(预送气)，提示使吸入装置57开始动作。由此，除去滞留在样品11的观察对象部位附近的不要的空气。
此外，CPU13在步骤S7中控制遮光器控制器43，使遮光器42关闭。其结果是从光源31射出的可见光被遮光器42遮挡。然后，CPU13使紫外光用的光源21亮灯。但是，由于此时遮光器41还关闭着，所以紫外光不会照射到样品11。
然后，CPU13使紫外光观察用的物镜23插入观察光路10a(步骤S8)。而且，通过控制AF控制器67，将样品11的观察对象部位定位在紫外光观察用的物镜23的聚焦位置上(步骤S9)。
然后，由于此时紫外光观察用的物镜23被插入观察光路10a(步骤S10为是)，CPU13执行图3的步骤S14～S24的处理。
在步骤S14中，CPU读取存储在存储器14内的配置表(紫外光观察用的各种设定条件)。然后，根据读取的配置表中包含的氮气流量值控制流量调整阀55(步骤S15)，开始氮气的正式供给(正式送气)(步骤S16)。正式送气时的氮气流量比预送气时的流量大。
在紫外光观察的准备期间(图2的步骤S6～S10，图3的步骤S14、S15)，由于持续地进行氮气的预送气，此时(实际开始紫外光观察之前)紫外光观察用的物镜23和样品11之间的间隙的空气几乎完全被除去。
因此，在上述步骤S16中，当开始氮气的正式送气时，可以在短时间内使其增加到必要的流量。其结果是在实际开始紫外光观察之前，氮气已经充分地填充到紫外光观察用的物镜23和样品11之间的间隙内。
然后，CPU13在步骤S17中根据流量传感器56的检测值，判断氮气的正式送气是否正常。然后，当步骤S17的判断结果是氮气流正常时(S17为是)，则执行步骤S18，使紫外照明光路41a上的遮光器41退出(开放状态)。由此，开始实际的紫外光观察。
此时，从光源21射出的紫外光经过由半透明反射镜22的反射以及半透明反射镜65、32的透过，被导入紫外光观察用的物镜23，对样品11的观察对象部位进行照明。然后，由样品11的观察对象部位反射的紫外光通过紫外光观察用的物镜23和半透明反射镜32、65、22，被导入分色镜24，通过在该处的反射，入射到CCD照相机25。
此外，由CCD照相机25拍摄的紫外光图像作为样品11的观察对象部位的紫外光图像被显示在监视器26上。因此，紫外线显微镜10的操作者可以通过监视器26，在聚焦的状态下观察样品11的观察对象部位的紫外光图像。
如上所述，由于在物镜23和样品11之间的间隙内已经填充了氮气，所以空气(包含氧气)几乎不存在。因此，对样品11进行紫外光照射时，在物镜23和样品11之间的间隙内几乎不会产生臭氧或活性氧。因此可以确实减轻对样品11的观察对象部位的损伤。
此外，当在样品11的观察对象部位形成微细的抗蚀图形时，如果对样品11进行照明的紫外光的波长与抗蚀图形形成时的曝光波长相近，则会在抗蚀图形的表面加速抗蚀分子的分解作用。
但是，在本实施方式的紫外线显微镜10中，当进行紫外光观察时，由于在物镜23和样品11之间的间隙内充分填充了氮气，所以低分子化的较轻的抗蚀分子不会蒸发，而会再次与样品11内的抗蚀分子结合。即，抗蚀图形表面的抗蚀分子的低分子化被抑制。因此，可以确实减轻样品11的观察对象部位(微细的抗蚀图形)的损伤。
CPU13在步骤S18使紫外照明光路41a上的遮光器41开放时，执行步骤S19，判断是否仅拍摄一张样品11的观察对象部位的紫外光图像(一次观察)。该判断是根据在步骤S14中读取的配置表的内容而进行的。
当步骤S19的判断结果为一次观察时(S19为是)，则开始计时，同时开始CCD照相机25的帧生成。然后执行步骤S20，在经过包含在配置表中的CCD照相机25的遮光时间之前一直待机。这就是所谓的通过电子遮光器拍摄样品11。
当经过CCD照相机25的遮光时间时(步骤S20为是)，CPU13执行步骤S21，将由CCD照相机25拍摄的紫外光图像作为样品11的观察对象部位的紫外光图像(观察图像)存储在存储器14中。
CPU13当CCD照相机25的拍摄结束时，关闭遮光器41，使通过紫外光的一次观察结束(步骤S22)，使氮气的正式送气停止(步骤S23)，然后执行图2的步骤S13。在步骤S13中，如上所述，判断是否使紫外线显微镜10的观察动作(此时紫外光观察的动作)结束，如果不结束(步骤S13为否)，则返回步骤S2的处理。
然后，CPU13在紫外光观察用的物镜23被插入观察光路10a的状态下，可以一边反复执行图2的S2～S4、S9、S10以及图3的S14～S23、S13的处理，一边继续进行紫外光的一次观察。在这种情况下，紫外线显微镜10的操作者可以不断地对根据上述可见光观察而确定的观察对象部位的附近拍摄观察图像。
当上述步骤S17的判断结果为流量传感器56的检测值小于规定的临界值时(S17为否)，CPU13执行步骤S24，发出警告，以通知操作者在氮气的正式送气中检测出了异常。警告可以通过声音(警报)或显示来进行。然后执行步骤S23，使氮气的正式送气停止。
此外，在不进行通过紫外光的一次观察的情况下(步骤S19为否)，CPU13不执行步骤S20～S23的处理，而执行图2的步骤S13。然后，在紫外光观察用的物镜23被插入观察光路10a的状态下，通过反复执行步骤S2～S4、S9、S10、S14～S19、S13的处理，可以进行紫外光的连续观察。即使在连续观察中，也可以根据在步骤S14中读取的配置表的内容，改变氮气的正式送气的流量。
此外，在进行上述紫外光观察(一次观察或连续观察)之后，再次进行可见光观察的情况下，由于向操作装置15输入从紫外光观察用的物镜23向可见光观察用的物镜33的切换指令(步骤S4为是，步骤S5为否)，所以CPU13执行步骤S8，开始可见光观察的准备。即，使可见光观察用的物镜33插入观察光路10a(步骤S8)，同时使可见光照明光路42a上的遮光器42开放。
然后，CPU13在可见光观察用的物镜33被插入观察光路10a的状态下，可以一边反复执行步骤S2～S4、S9～S13的处理，一边进行可见光观察(连续观察)。如果在上述紫外光的连续观察时供给的氮气还没有停止(步骤S11为是)，则可以在步骤S12中使氮气的供给停止。
如上所述，根据本实施方式的紫外线显微镜10，当对样品11进行紫外光的照射时，在物镜23和样品11之间的间隙内充分填充了氮气，空气(包含氧气)几乎不存在，所以在物镜23和样品11之间的间隙内几乎不会产生臭氧及活性氧。因此，可以确实减轻对样品11的观察对象部位的损伤。
此外，即使是在样品11的观察对象部位形成微细的抗蚀图形的情况下，也可以抑制抗蚀图形表面的抗蚀剂分子的分解作用(低分子化)，所以可以确实减轻对样品11的观察对象部位(微细的抗蚀图形)的损伤。
因此，可以几乎不改变在样品11上曝光成形的微细的抗蚀图形(线宽为0.13μm～0.24μm左右)的尺寸，从而可以进行抗蚀图形的观察和尺寸测定。即，本实施方式的紫外线显微镜10是适于进行样品11上微细的抗蚀图形的高分辨率观察的装置。
此外，根据本实施方式的紫外线显微镜10，由于使氮气供给顺序与观察顺序相适应，所以可以有效地进行对样品11的氮气供给，而不会浪费。而且，在本实施方式的紫外线显微镜10中，由于在氮气的预送气之后进行正式送气，所以可以在短时间内达到必要的流量值，从而在开始氮气的正式送气之后，紧接着就可以开始紫外光观察。
此外，在本实施方式的紫外线显微镜10中，将遮光器41设置在紫外照明光路41a上，当紫外光观察用的CCD照相机25拍摄一帧图像时，仅在最低限度的必要遮光时间内开放遮光器41，在CCD照相机25拍摄之后立刻关闭遮光器41，所以可以避免对样品11进行不必要的长时间紫外光照射。其结果是可以抑制由于紫外光对样品11的损伤。
此外，根据本实施方式的紫外线显微镜10，由于当红外区或远红外区的AF光聚焦后使遮光器41开放，所以可以避免对样品11进行不必要的长时间紫外光照射。其结果是可以抑制由于紫外光对样品11的损伤。
此外，根据本实施方式的紫外线显微镜10，由于通过可见光观察确定了样品11的观察对象部位后对该观察对象部位进行紫外光观察，所以可以避免对样品11进行不必要的长时间紫外光照射。其结果是可以抑制由于紫外光对样品11的损伤。
在上述实施方式中，使用氮气供给装置51～57向样品11和物镜23之间的间隙内供给氮气，但是本发明并不限定于这种结构。下面对氮气供给装置51～57之外的两个构成例进行说明。
图4是使用管道71将氮气72(以箭头表示)导入物镜23的正下方的例子。管道71通过固定在紫外线显微镜主体侧的夹具73被固定，其氮气喷嘴71a被保持在物镜23的前端附近。管道71由聚四氟乙烯制成。由此，可以防止氮气72的污染和样品11的污染。
根据图4的结构，从氮气槽74被供给的氮气72通过管道71，从氮气喷嘴71a被喷出，向载物台12上的样品和物镜23之间的间隙供给。因此，在样品11和物镜23之间的间隙内，可以排除空气，充满氮气72。
图5是将氮气送入物镜75的内部，然后从物镜75的前端部分向样品11喷出氮气的构成例。图5A是物镜75的剖面图，图5B是物镜75的前端部分的外观图。
物镜75由以下部分构成：透镜固定镜筒76，固定紫外光观察用的透镜(图中未表示)；套筒77，覆盖在透镜固定镜筒76的外周。套筒77的内径比透镜固定镜筒76的外径大。因此，在透镜固定镜筒76和套筒77之间形成一定的空间。
此外，在套筒77的侧面设置有导入氮气78的导管79。在该导管79上安装有与氮气槽(图中未表示)连接的管道80。而且，在套筒77的下部开设有三个氮气喷嘴81。
根据图5的结构，来自氮气槽(图中未表示)的氮气78通过管道80和导管79，被导入套筒77和透镜固定镜筒76之间，从三个氮气喷嘴81向样品11喷出。因此，在样品11和物镜75之间的间隙内，可以排除空气，充满氮气78。
三个氮气喷嘴81优选对着物镜75的焦点位置方向倾斜地设置，以使喷出的氮气78有效地流向物镜75的中心附近。此外，氮气喷嘴81的数量优选3个～5个之间。
此外，在上述实施方式中，当进行紫外光观察时，在使遮光器41开放之前进行气流检测(图3的步骤S17)，但也可以在使遮光器41开放之后进行同样的气流检测。当检测出气流的异常时，优选向外部发出警告，同时使遮光器41关闭。
此外，在使遮光器41开放之后进行气流检测的情况下，根据流量传感器56的检测值，通过反馈控制流量调整装置55，可以使氮气的流量(流量传感器56的检测值)总是与配置表的设定值一致。
此外，在上述实施方式中，对氮气的正式送气时比预送气时的流量大的例子进行了说明，但也可以不改变氮气的流量。氮气预送气后可以暂时停止氮气的供给。
此外，在上述实施方式中，对使用氮气的例子进行了说明，但也可以使用其他非活性气体(例如氦气)。此外，优选可以抑制抗蚀剂的低分子化的气体。
此外，在上述实施方式中，对当紫外光观察的准备结束时使正式送气开始的例子进行了说明，但也可以从氮气的预送气开始经过规定时间后使正式送气开始。该规定时间是氮气被充分填充在紫外光观察用的物镜和样品11之间的时间。
此外，本发明也适用于可见光用和紫外光用的透镜使用共用透镜的紫外线显微镜。在这种情况下，不需要物镜的切换动作。因此，可以根据观察模式的切换，控制氮气流。
此外，遮光器41的开放时间可以不仅是CCD照相机25的遮光时间(一帧生成时间)，也可以根据紫外光对样品11的损伤，设定达到预先容许的损伤量之前的时间。
此外，当使可见光用的光源31亮灯时(图2的步骤S1)，可以使紫外光用的光源21亮灯。
在上述实施方式中，以紫外线显微镜的例子进行了说明，但没有必要限定于上述内容。本发明也可以适用于显微镜以外的观察装置。即，可以适用于使用紫外线观察样品的所有观察装置。
接下来，对本发明的实施例进行说明。
这里对使用上述紫外线显微镜10观察在样品11上形成的130nm宽的抗蚀图形的情况进行具体说明。紫外线显微镜10的光源21为波长266nm的紫外线光源。本实施例的样品11的观察动作基本上与上述图2、图3的顺序相同。因此省略对基本动作的说明。
顺带说明，130nm宽的抗蚀图形是通过以下步骤形成的，(1)在硅基片上涂覆反射防止膜和化学放大型抗蚀剂，(2)使用KrF受激准分子激光器，通过曝光用标线片缩小投影曝光希望的图形，(3)热处理之后，进行显影。
在本实施方式中，在进行图2的步骤S6～S13以及图3的S14、S15的处理期间，以0.1m/秒左右的流速进行氮气的预供给。此外，在进行图3的步骤S16～S22的处理期间，以0.3～0.5m/秒左右的流速进行氮气的正式送气。
然后，一边进行氮气的正式送气(0.3～0.5m/秒)，一边在步骤S18中使遮光器41开放，使向样品11的紫外光照射开始。然后，通过监视器26进行样品11的抗蚀图形的形态观察，在进行一次观察的情况下，取得来自CCD照相机25的紫外光图像(步骤S21)，当获得必要的信息之后，遮挡遮光器41(步骤S22)。此时，向样品11的抗蚀图形的紫外光照射时间(遮光器41的开放时间)为15秒左右。
通过紫外线显微镜10进行紫外光观察之后，按照通常的半导体集成电路的制造工艺，进行后续处理，在通过紫外线显微镜10进行紫外光观察的样品11的部位(照射紫外光的观察对象部位)不会有任何损伤。
此外，发明者为了详细检测通过紫外线显微镜10进行紫外光观察时的损伤，进行了以下三个实验。在该三个实验中，使用与上述相同的氮气条件(预送气时的流速：0.1m/秒左右，正式送气时的流速：0.3～0.5m/秒左右)，一边将紫外光(波长266nm)的照射时间作为参数使其变化，一边检测抗蚀剂受到的损伤。
(实验1：抗蚀图形的尺寸变化)
在图6中表示了相对于紫外光照射时间的变化，测定抗蚀图形的尺寸变化的结果(参照“吹送N2”)。横轴是紫外光照射时间，纵轴是相对于抗蚀图形尺寸的标准值(没有照射紫外光的部位的尺寸)的变化率。进行测定的紫外光照射时间为0秒、1秒、3秒、5秒、10秒、30秒。在图6中也表示了不供给氮气而测定抗蚀图形的尺寸变化的结果(参照“单纯照射”)。
从图6的结果可见，在不供给氮气的通常气体介质中进行的紫外光照射(参照“单纯照射”)，当开始照射30秒后，抗蚀图形的尺寸减少了18％左右。
与此相对，在本实施例的氮气介质中进行的紫外光照射(参照“吹送N2”)，即使开始照射30秒后，抗蚀图形的尺寸仅减少了1％左右。即，可以显著抑制抗蚀图形的损伤。因此，通过紫外线显微镜10进行的抗蚀图形的紫外光观察优选在氮气介质中进行。
(实验2：非曝光部位的抗蚀剂膜厚变化)
在图7中表示了在氮气介质中，相对于紫外光照射时间的变化测定非曝光部位的抗蚀剂膜厚变化的结果。所谓的非曝光部位指没有形成抗蚀图形的部位。图7的横轴是紫外光照射时间，纵轴是相对于抗蚀剂膜厚的标准值(没有照射紫外光的部位的膜厚)的变化率。进行测定的紫外光照射时间为0秒～60秒。
从图7的结果可见，在氮气介质中进行的紫外光照射，从开始照射到约10秒之后，抗蚀剂膜厚几乎没有变化。10秒以后，抗蚀剂膜厚开始减少，30秒后约减少1％左右，其后几乎不会再看到任何变化。
即，在氮气介质中进行的紫外光照射，如果照射时间在约20秒以内，则可以将抗蚀剂膜厚的变化控制在0.5％以内。因此，为了充分抑制抗蚀图形的损伤，优选在氮气介质中进行20秒以内的紫外光观察。
当开始照射30秒以后，抗蚀剂膜厚的变化变得缓慢，趋于稳定的状态。通过利用这种倾向，可以正确地测定抗蚀图形的尺寸或膜厚。
例如，对抗蚀图形进行30秒以上的紫外光照射，当由于紫外光照射的抗蚀剂膜厚的变化稳定时，测定抗蚀图形的尺寸或膜厚，可以为得到的测定值设定一个偏移值。偏移值是抗蚀剂膜厚的变化为定时的1％。
其结果是不用考虑由于紫外光照射时间而引起的损伤量，就可以得到抗蚀图形的尺寸或膜厚等的正确测定值。由此，在使用紫外线显微镜10进行抗蚀剂膜的各种测定的情况下，优选利用由于紫外光照射而引起的膜厚的变化量几乎为零的稳定区。
(实验3：RIE处理后的尺寸变化)
这里实验被照射紫外光10秒的抗蚀图形和被照射30秒的抗蚀图形，通过将各个抗蚀图形作为掩模的各向异性离子蚀刻(RIE)处理，形成SiN层的图形，然后测定RIE处理后的SiN层的图形尺寸变化。
在图8中表示了在氮气介质中进行紫外光照射(10秒、30秒)时的测定结果(a)、(b)，以及在不供给氮气的通常气体介质中进行紫外光照射(10秒、30秒)时的测定结果(c)、(d)。图8的纵轴是相对于RIE处理后的图形尺寸的标准值(没有照射紫外光的部位的尺寸)的减少率。
从图8(c)、(d)的结果可见，当在通常气体介质中照射紫外光时，SiN层的图形尺寸在照射10秒时减少6％左右，在照射30秒时减少10％左右。
与此相对，当在氮气介质中照射紫外光时，从图8(a)、(b)的结果可见，SiN层的图形尺寸在照射10秒时仅减少1.5％左右，在照射30秒时仅减少0.7％左右。这样程度的减少在照射紫外光以前的工艺的尺寸误差的范围内。即，照射10秒、30秒都可以显著抑制损伤。
从以上的结果可见，在紫外线显微镜10的紫外光照明波长附近具有吸收带的感光性光致抗蚀剂的观察中，当在氮气介质中进行数十秒左右的短时间观察时，可以重复性良好地降低抗蚀剂损伤。
上述实施例仅为例子，在不脱离本发明的实质和范围的情况下，可以进行各种修改。
Claims (19)
1.一种紫外线显微镜，具有：
紫外光观察物镜，用紫外光观察样品；
可见光观察物镜，用可见光观察样品；
气体供给装置，在用紫外光进行观察中，向上述样品附近供给非活性气体；
定时控制装置，控制通过上述气体供给装置进行的上述非活性气体的定时供给；
上述定时控制装置控制上述气体供给装置，从用上述可见光进行上述样品的观察更换为用上述紫外光进行上述样品的观察，从而供给上述非活性气体。
2.根据权利要求1所述的紫外线显微镜，
上述定时控制装置控制上述气体供给装置，以在用上述紫外光进行上述样品的观察前，使上述非活性气体被预供给，并且至少在用上述紫外光进行观察的过程中，正式供给上述非活性气体。
3.根据权利要求2所述的紫外线显微镜，其中，上述定时控制装置在用上述紫外光进行观察的准备中，使上述非活性气体被预供给。
4.根据权利要求3所述的紫外线显微镜，其中，用上述紫外光进行观察的准备工作结束后，上述定时控制装置使上述非活性气体的正式供给开始。
5.根据权利要求4所述的紫外线显微镜，其中，用上述紫外光进行的观察结束后，上述定时控制装置使上述非活性气体的正式供给停止。
6.根据权利要求2所述的紫外线显微镜，还具有用可见光观察上述样品的可见光观察装置，
上述定时控制装置从用上述可见光进行观察结束到用上述紫外光进行观察开始之间，使上述非活性气体被预供给。
7.根据权利要求2所述的紫外线显微镜，其中，上述气体供给装置具有流量控制装置，控制从上述气体供给装置供给的上述非活性气体的流量，
上述流量控制装置根据上述气体供给装置开始上述非活性气体的正式供给的定时，使上述非活性气体的流量增加。
8.根据权利要求7所述的紫外线显微镜，还具有存储装置，预先存储与从上述气体供给装置被供给的上述非活性气体的流量相关的设定值，
上述流量控制装置根据存储在上述存储装置中的设定值，控制上述非活性气体的流量。
9.根据权利要求8所述的紫外线显微镜，其中，上述气体供给装置还具有检测装置，检测从上述气体供给装置被供给的上述非活性气体的流量，
上述流量控制装置调整上述非活性气体的流量，使上述检测装置的检测值与存储在上述存储装置中的设定值一致。
10.根据权利要求9所述的紫外线显微镜，还具有警告装置，当上述检测装置的检测值小于规定的临界值时，向外部发出警告。
11.根据权利要求10所述的紫外线显微镜，其中，上述警告装置当在上述气体供给装置的上述非活性气体正式供给中上述检测值小于上述临界值时，停止使用上述紫外光进行上述样品的观察。
12.根据权利要求1所述的紫外线显微镜，上述非活性气体为氮气。
13.根据权利要求1所述的紫外线显微镜，上述非活性气体为抑制涂覆在上述样品表面上的抗蚀剂的低分子化的气体。
14.根据权利要求1所述的紫外线显微镜，其中，上述气体供给装置向上述样品和上述紫外光观察物镜之间供给上述非活性气体。
15.根据权利要求1所述的紫外线显微镜，其中，还具有遮光装置，机械式地遮挡上述紫外光，
上述遮光装置除了在用上述紫外光进行观察中之外，遮挡上述紫外光向上述样品的照射。
16.根据权利要求1所述的紫外线显微镜，其中，上述紫外光观察装置还具有自动调焦装置，自动地进行上述紫外光观察物镜的焦点调节，
上述自动调焦装置在用上述紫外光进行观察之前，使用与上述紫外光不同的自动调焦用光进行自动调焦。
17.根据权利要求1所述的紫外光显微镜，上述定时控制装置控制上述气体供给装置，以在用上述紫外光进行上述样品的观察前，使上述非活性气体被预供给，并且至少在用上述紫外光进行观察中，使上述非活性气体被正式供给。
18.一种样品观察方法，其特征为，从用可见光进行样品的显微镜观察更换为用紫外光进行样品的显微镜观察，向样品附近供给非活性气体，然后用紫外光进行样品的显微镜观察。
19.根据权利要求18所述的样品观察方法，其特征为，在用紫外光进行上述样品的显微镜观察之前，向样品附近预供给非活性气体，
在用紫外光进行上述样品的显微镜观察时，向样品附近正式供给非活性气体。
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