JP2001110346A - コンタミネーション低減装置 - Google Patents

コンタミネーション低減装置

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JP2001110346A
JP2001110346A JP28353899A JP28353899A JP2001110346A JP 2001110346 A JP2001110346 A JP 2001110346A JP 28353899 A JP28353899 A JP 28353899A JP 28353899 A JP28353899 A JP 28353899A JP 2001110346 A JP2001110346 A JP 2001110346A
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Japan
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distance
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objective lens
contamination
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JP28353899A
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Takao Namae
隆男 生江
Akira Cho
皓 張
Nagamasa Shiretsu
長賢 糸洌
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Holon Co Ltd
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Holon Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、走査型電子顕微鏡の試料室に設け
て電子ビームで真空中に配置した試料を走査したときに
発生するコンタミネーションを低減するコンタミネーシ
ョン低減装置に関し、走査型電子顕微鏡において、試料
と対物レンズの下面との距離WDの間にコールドトラッ
プ板を挿入するスペースがない数mm程度でも試料に対
するコンタミネーションの低減と、低加速電圧時の高分
解能の画像観察とを両立させることを目的とする。 【解決手段】 細く絞った電子ビームを照射して発生
した2次電子などを検出して画像を表示する対象の試料
と、電子ビームを細く絞って試料面上に照射させる対物
レンズと、対物レンズの下面と試料との距離WDよりも
当該試料の上面からの距離Wに等しいあるいは大きい位
置に配置した平らな円のリング状あるいは平らな多角形
のリング状のコールドトラップ板と、コールドトラップ
板に接続して冷却する冷却器とを備えるように構成す
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、走査型電子顕微鏡
の試料室に設けて電子ビームで真空中に配置した試料を
走査したときに発生するコンタミネーションを低減する
コンタミネーション低減装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、走査型電子顕微鏡を用いて細く絞
った電子ビームを真空中においた試料、例えばICなど
を作成するウェハの面上を2次元的に走査し、そのとき
に発生する2次電子を収集し、画面上にウェハの拡大し
た2次電子像を表示し、線幅を測定したりなどすること
が行なわれている。
【0003】この際、試料であるウェハの置かれた試料
室の真空中に存在するコンタミネーションの原因となる
物質(例えば有機物を含んだガス)が細く絞った電子ビ
ームで照射されてウェハの当該電子ビームで走査した位
置に分解などされて堆積し、いわゆるコンタミネーショ
ンが発生し、本来のICの線幅と異なって測定された
り、2次電子像として観察されてしまう現象がある。
【0004】ウェハを2次電子像で観察中にコンタミネ
ーションが発生するために、通常は、図3に示すよう
に、ウェハなどの試料14と、対物レンズ12との間に
円盤状で中心に電子ビームを通過させる孔を開けたコー
ルドトラップ板13を配置し、液体窒素で冷却して試料
14上にコンタミネーションの原因となるガスを事前に
トラップしてコンタミネーションの発生を防止してい
る。
【0005】この際、図3において、試料14と対物レ
ンズ12との間の距離は、ワーキングディスタンスWD
と呼ばれ、当該WDの値を小さくして対物レンズ12の
焦点距離を小さくすると分解能を向上でき、可及的にW
Dを小さくすることが行われ、通常はWD=10mm程
度とし、その間にコールドトラップ板13を図示のよう
に挿入して冷却し、試料14の電子ビーム照射位置に発
生するコンタミネーションを防止している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ウェハ
などの試料に電子ビームを照射するとダメージが発生す
る関係で可及的にダメージを小さくするために低加速電
圧の電子ビームをウェハに照射する必要があり、しかも
低加速電圧にするには通常、ウェハなどの試料にバイア
ス電圧として数KVを印加する必要があり、既述した図
3のウェハなどの試料14と対物レンズ12の下面との
間にコールドトラップ板13を挿入する構造では、試料
14に数KVのバイアス電圧を印加する関係で試料14
と対物レンズ12との距離(=WD)を小さくすると試
料14とコールドトラップ板13との間の絶縁に十分な
距離が保持できなくなってしまい、結果として、WDを
小さくできず、低加速電圧時の分解能が低下して目的と
する微細構造が観察できないという問題があった。特に
数百Vの低電圧の電子ビームでウェハを走査して微細構
造を高分解能で観察するには、通常数mm程度のWDに
するという極めて厳しい要求がある。
【0007】本発明は、これらの問題を解決するため、
走査型電子顕微鏡において、試料と対物レンズの下面と
の距離WDの間にコールドトラップ板を挿入するスペー
スがない数mm程度でも試料に対するコンタミネーショ
ンの低減と、低加速電圧時の高分解能の画像観察とを両
立させることを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】図1を参照して課題を解
決するための手段を説明する。図1において、対物レン
ズ1a,1bは、電子ビームを細く絞って試料3を照射
するものである。
【0009】コールドトラップ2a,2bは、試料3と
の距離Wが、試料3と対物レンズ1a,1bの下面との
距離WDに等しいあるいは大きい位置に配置したリング
状の板であって、図示外の冷却器によって冷却されるも
のである。
【0010】試料3は、ウェハなどの試料であって、電
子ビームを照射して走査しその時に発生した2次電子な
どを検出して画像を表示する対象の試料である。次に、
動作を説明する。
【0011】対物レンズ1a,1bの下面と試料3との
距離WDと、当該試料3の上面からの距離Wとが等しい
あるいは大きい位置に平らな円のリング状あるいは平ら
な多角形のリング状のコールドトラップ板2a,2bを
配置し、このコールドトラップ2a,2bと図示外の冷
却器を接続して冷却し、試料3に電子ビームで走査した
ときに発生するコンタミネーションの量を低減するよう
にしている。
【0012】この際、対物レンズ1a,1bの下面と試
料3との距離WDが試料3に印加したバイアス電圧に耐
えられる可及的に小さい距離とするようにしている。ま
た、図示外の冷却器として、図2を用いて説明するサー
モモジュールを使用し、冷却するようにしている。
【0013】また、冷却器であるサーモモジュールに逆
方向に電流を供給してコールドトラップ板2a,2bを
加熱してベイクアウトするようにしている。従って、走
査型電子顕微鏡において、試料3と対物レンズ1a,1
bの下面との距離WDの間にコールドトラップ板2a,
2bを挿入するスペースがない数mm程度でも試料3に
対するコンタミネーションの低減と、低加速電圧時の高
分解能の画像観察とを両立させることが可能となる。
【0014】
【実施例】次に、図1および図2を用いて本発明の実施
の形態および動作を順次詳細に説明する。
【0015】図1は、本発明の1実施例構造図を示す。
図1の(a)は、コーンタイプの対物レンズの場合の構
造図を示す。図1の(a)において、対物レンズ1a
は、図示外の走査型電子顕微鏡を構成する電子銃から放
射され、集束レンズによって集束された電子ビームにつ
いて、細く絞って試料3を照射するものである。この細
く絞った電子ビームを試料3上に照射した状態で、図示
外の偏向系により電子ビームをX方向およびY方向にそ
れぞれ偏向して結果として試料3上を面走査し、このと
きに発生した例えば2次電子を検出し、表示装置上に同
期して輝度変調することでいわゆる試料3の2次電子像
を表示する。このコーンタイプの対物レンズ1aは、下
方向に凸状となっており、試料3と対物レンズ1aの下
面の中心近傍との距離が図示のようにWDである。
【0016】コールドトラップ板2aは、試料3の上面
との距離W(W≧WD)がWDと等しいあるいは大きい
位置に配置したものであって、平らな円のリング状、あ
るいは平らな多角形のリング状の形状を持つものであ
り、銅などの熱伝導性が良好でかつ表面がさびないよう
な処理(例えば金メッキなどの処理)を施したものであ
る。ここでは、対物レンズ1aが下に凸であるため、W
≧WDとなる位置が図示のように、対物レンズ1aの外
周よりも若干内側(光軸側)に入った位置に配置してい
る。ここで、距離Wは、低加速電圧の電子ビームでダメ
ージを少なくして試料3を照射し画像を表示させるとき
に、試料3に数KVのバイアス電圧を印加しても放電な
どしなくて安定に観察できる距離である。
【0017】試料3は、電子ビームを照射して画像を表
示する対象の試料であって、例えばウェハである。試料
3に低加速電圧の電子ビームを照射する場合には、図示
のように数KVのバイアス電圧を印加するので、試料3
と対物レンズ1aとの距離WDは当該試料3に印加した
バイアス電圧が放電などしなく安定に像を観察できる可
及的に小さい距離にする。同様に、試料3とコールドト
ラップ板2aとの距離Wは、観察時に放電などしなくて
安定に観察するために十分な距離をとる(ここでは、W
≧WD)。
【0018】以上のように、コーンタイプの対物レンズ
1aの場合には、試料3と対物レンズ1aの中心近傍の
距離WDを、試料3にバイアス電圧を印加したときには
放電しなくて安定に像を観察できる可及的に小さい距離
(バイアス電圧を印加しないときは可及的に小さい距
離)として低加速かつ高分解能とすると共に、コールド
トラップ板2aを試料3と当該コールドトラップ板2a
との距離WがW≧WDとなる可及的に光軸中心となるよ
うに配置することが可能となる。
【0019】図1の(b)は、平坦タイプの対物レンズ
の場合の構造図を示す。この平坦タイプの対物レンズ1
bの場合には、試料3と対物レンズ1bの平坦な下面と
の距離WDを、試料3にバイアス電圧を印加したときに
放電しなくて安定に像を観察できる可及的に小さい距離
(バイアス電圧を印加しないときは可及的に小さい距
離)として低加速かつ高分解能とすると共に、試料3と
コールドトラップ板2bとの距離WがW≧WDとなる対
物レンズ1bの外周の位置に配置する。対物レンズ1
b、コールドトラップ板2bは、上述した対物レンズ1
a、コールドトラップ板2aと同じ構造および作用を行
なうので、説明を省略する。
【0020】図2は、本発明の冷却器構造図を示す。こ
れは、既述した図1のコールドトラップ板2a,2bに
接続して冷却する冷却器の例を示す。図2において、ヒ
ートシンク4は、大気中に熱を放熱する放熱フィンを接
続したものである。
【0021】フランジ5は、ヒートシンク4を壁7(例
えば試料室の壁)に固定、および大気と真空中とを分離
するためのものである。Oリング6は、フランジ5につ
いて大気と真空中とをシールするものである。
【0022】壁7は、フランジ5を取り付ける壁であっ
て、例えば試料室の壁である。サーモモジュール8は、
電流を流して一方の面を冷却し他方の面を加熱するよう
に、熱を移動させるものであって、半導体素子で作成さ
れたものである。サーモモジュールをスタック状に積み
上げことで、冷却温度を大幅に下げることが可能となる
(例えば−40℃から−50℃程度、あるいは更に低
温)。
【0023】冷却面8aは、サーモモジュール8に電流
を流したときに冷却される面である。放熱面8bは、サ
ーモモジュール8に電流を流したときに放熱される面で
ある。
【0024】熱伝導板9は、サーモモジュール8の冷却
面8aに接続して図1のコールドトラップ板2a,2b
に接続して冷却するためのものである。ボルトネジ10
は、断熱ブッシュ11を介して熱伝導板9をサーモモジ
ュール8の冷却面8aに接触させて熱伝導を良好にする
と共に熱伝導板9を固定するものである。
【0025】断熱ブッシュ11は、ボルトネジ10と熱
伝導板9とを熱断熱して当該熱伝導板9を固定するため
のものである。以上の図示のような構造を持たせ、電流
をサーモモジュール8に流すことにより冷却面8aを冷
却してこれに接する熱伝導板9を冷却し、更に当該熱伝
導板9に接続された図1のコールドトラップ板2a,2
bを低温に冷却(例えばサーモモジュール8を2段スタ
ックにして−40℃から−50℃に冷却、更にスタック
段数を増やして冷却温度を低温にできる)することが可
能となる。また、逆方向の電流をサーモモジュール8に
流すことにより冷却の代わりに加熱してコールドトラッ
プ板2a,2bの温度を上昇させて当該コールドトラッ
プ板2a,2bのベークアウトを行い、トラップ効果を
再生することが簡易な操作で可能となる。また、ヒート
シンク4には、放熱板を接続して熱を大気中に放熱した
が、これにかぎられず、水冷にして冷却してもよい。ま
た、熱伝導板9は、金属の熱伝導で接続されたコールド
トラップ板2a,2bを冷却しているが、ヒートパイプ
を用いて気体の蒸発、凝固のときに発生する蒸発熱を利
用してコールドトラップ板2a,2bを冷却するように
してもよい。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
対物レンズの下面と試料との距離WDが試料の上面から
の距離Wと等しいあるいは大きい位置に平らな円のリン
グ状あるいは平らな多角形のリング状のコールドトラッ
プ板を配置する構成を採用しているため、試料と対物レ
ンズの下面との距離WDの間にコールドトラップ板を挿
入するスペースがない数mm程度でも試料に対するコン
タミネーションの低減と、低加速電圧時などの高分解能
の画像観察とを両立させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例構造図である。
【図2】本発明の冷却器構造図である。
【図3】従来技術の説明図である。
【符号の説明】
1a,1b:対物レンズ 2a,2b:コールドトラップ板 3:対物レンズ 8:サーモモジュール 9:熱伝導板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 糸洌 長賢 東京都新宿区新宿2丁目2番1号 株式会 社ホロン内 Fターム(参考) 5C033 KK09 MM07

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】走査型電子顕微鏡の試料室に設けて電子ビ
    ームで真空中に配置した試料を走査したときに発生する
    コンタミネーションを低減するコンタミネーション低減
    装置において、 細く絞った電子ビームを照射して発生した2次電子など
    を検出して画像を表示する対象の試料と、 電子ビームを細く絞って上記試料面上に照射させる対物
    レンズと、 上記対物レンズの下面と試料との距離WDよりも当該試
    料の上面からの距離Wに等しいあるいは大きい位置に配
    置した平らな円のリング状あるいは平らな多角形のリン
    グ状のコールドトラップ板と、 上記コールドトラップ板に接続して冷却する冷却器とを
    備えたことを特徴とするコンタミネーション低減装置。
  2. 【請求項2】上記対物レンズの下面と試料との距離WD
    が当該試料に印加したバイアス電圧に耐えられる可及的
    に小さい距離としたことを特徴とする請求項1記載のコ
    ンタミネーション低減装置。
  3. 【請求項3】上記冷却器として、サーモモジュールを使
    用したことを特徴とする請求項1あるいは請求項2記載
    のコンタミネーション低減装置。
  4. 【請求項4】請求項3のサーモモジュールに逆方向に電
    流を供給して上記コールドトラップ板を加熱してベイク
    アウトすることを特徴とするコンタミネーション低減装
    置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009245907A (ja) * 2008-04-01 2009-10-22 Hitachi High-Technologies Corp 荷電粒子線装置
JP2014212091A (ja) * 2013-04-22 2014-11-13 株式会社荏原製作所 検査装置
JP2019212465A (ja) * 2018-06-04 2019-12-12 株式会社ニューフレアテクノロジー 真空装置
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