JP2001236917A

JP2001236917A - 照射用電子線を有する顕微鏡

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Publication number: JP2001236917A
Application number: JP2001041752A
Authority: JP
Inventors: Fritz Juergen Hohn; ユルゲンホーンフリッツ
Original assignee: Leica Microsystems Wetzlar GmbH; Leica Microsystems CMS GmbH
Current assignee: Leica Microsystems CMS GmbH
Priority date: 2000-02-19
Filing date: 2001-02-19
Publication date: 2001-08-31
Also published as: DE10007650A1; EP1126503A1; KR20010082645A; TW508614B; DE10007650C2; US6765202B1

Abstract

(57)【要約】【課題】電子顕微鏡及び光学的顕微鏡の併
用に際し種々の倍率又は照射方法を迅速かつ単純に切り
替えること。【解決手段】顕微鏡（２）の全体構造は、従来
の顕微鏡の構造と本質的に類似している。顕微鏡（２）
は、上に支柱（６）を有する支持部（４）を含む。支柱
（６）には、支持アーム（８）が取付ないし形成されて
いる。リボルバ（２０）上には、対物レンズ（１８）及
び（２２）が配置されており、そのうち１以上は電子線
対物レンズである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、照射用電子線を有
する顕微鏡に関する。とりわけ、本発明は、その構造に
おいて従来の（光学）顕微鏡と類似する電子顕微鏡に関
する。更にその対物レンズが、リボルバに配され、その
ため所望の倍率を持つ対物レンズを光路上に回転配置す
ることができるものに関する。

【０００２】

【従来の技術及びその問題点】”ELECTRON-BEAM MICROC
OLUMN”という表題の論文（T.H.P.Chang et.al.著、Mic
roelectronic Engineering 32 (1996), 113-130頁）で
は、低電圧での走査型（ラスタ）電子顕微鏡の重要性が
強調されている。それは、表面検査、度量衡学（長さ、
距離測定）及びリソグラフィに適用される。電子光学的
（電子顕微鏡）主鏡体（鏡筒レンズ系）は、微細加工技
術により製造され、かつそれは種々の電気的性質を有す
る複数の層からなる多層システムである。そのように製
造された電子光学的主鏡体は、ほぼ１keVの電圧で作動
する。

【０００３】走査型電子顕微鏡は、既知でありかつ更に
発展している。走査型電子顕微鏡の分解能は、光学シス
テムの分解能を大幅に凌駕している。数ナノメートルの
分解能も難なく実現できる。米国特許US-A-5,828,064
は、試料のために特別に設けられた室内で試料を検査す
る電子顕微鏡を開示している。その室内の気圧は、１０
^−２〜５０Torr（1Torr=133Pa）の間に保たれている。
その電子顕微鏡の構造は、少なくとも４つの異なる真空
ゾーンからなり、電子銃と試料室の間の圧力差は、１０
^−１０Torrにされている。試料室の上に配設される電子
光学的主鏡体内には、種々の圧力領域が形成されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】迅速かつ快適な倍率切
替などの取扱いは、このシステムでは不可能である。更
に、そのような走査型電子顕微鏡は、大きく、高価でか
つ取り扱いが困難である。それ故、本発明の一つの視点
における課題は、従来の走査型電子顕微鏡の分解能を達
成しつつ、コスト的に安価な構造を有する顕微鏡を提供
することである。本発明の他の視点において、そのよう
な顕微鏡であって、従来の光学顕微鏡の構造的大きさと
殆んど異ならない顕微鏡を提供することを、他の課題と
する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この課題は、請求項１の
特徴により解決される。即ち、光学ユニットが光軸を規
定する顕微鏡において、光軸内に配置可能な少なくとも
１つの対物レンズが電子線対物レンズとして形成されて
いることを特徴とする。本発明の他の有利な構成は、従
属請求項の対象として記載してある。即ち、顕微鏡は、
複数の対物レンズがリボルバ上に配設され、少なくとも
１つの対物レンズが電子線対物レンズとして形成されて
いることが好ましい。顕微鏡は、電子線対物レンズがハ
ウジング内で光軸に関し対称的に配置されている電子顕
微鏡主鏡体（ないし電子顕微鏡鏡筒レンズ系）を含むこ
とが好ましい。顕微鏡は、電子線対物レンズが検査され
るべき試料と共に気密封止体（ユニット）を形成するこ
とが好ましい。顕微鏡は、電子線対物レンズが検査され
るべき試料の表面から少々離れて存在し、及び電子線対
物レンズと試料との間は、ほぼ周囲大気圧になっている
ことが好ましい。顕微鏡は、電子線対物レンズが第二ハ
ウジングを取り囲む第一ハウジングを含み、電子顕微鏡
主鏡体が第二ハウジング内で光軸に関し対称的に配置さ
れており、及び第二ハウジング内では、第一ハウジング
内よりも気圧が小さいことが好ましい。顕微鏡は、第一
ハウジングが真空（排気）装置への連結路を有し、及び
第二ハウジングが他の真空ユニット（排気装置）への連
結路を有することが好ましい。顕微鏡は、第一ハウジン
グが（第一の）開口を及び第二ハウジングが（第二の）
開口を、電子線のために有し、両開口が光軸に関し対称
的に配置されていることが好ましい。顕微鏡は、電子線
対物レンズが単独のハウジングを含みかつ電子線のため
の開口を有し、及び開口が電子線に対し透過性の膜状物
により気密封止されていることが好ましい。顕微鏡は、
電子線対物レンズが、光学顕微鏡用の従来の対物レンズ
の長さと同等ないし比肩しうる長さであることが好まし
い。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の長所は、試料を、一定の
実施形態においては、普通の周囲条件下で検査すること
ができることである。使用される電子線対物レンズは、
その大きさは、従来の光学顕微鏡の対物レンズと同等で
ある。このような小型化は、微細加工技術の進歩によ
り、ここではとりわけシリコンを加工する場合の技術に
より、実現可能である。本発明の更なる長所は、試料の
帯電が妨げられることである。その理由は、一つには、
電子線対物レンズ内の電子線は、小さい加速（照射）電
圧（１keV程度）で生成されることである。他の理由
は、電子線対物レンズから試料へ移行する空間での周囲
空気がイオン化され、そのため帯電電荷の導出が可能と
なる（一種のアースとなる）からである。本発明の顕微
鏡の構造は、とりわけ種々の態様で多面的に形成されう
る。例えば、電子線対物レンズは、リボルバに配するこ
とができ、これにより種々の倍率間で迅速に切替を行う
ことができる。更に、電子線対物レンズに加えて、作業
位置において、より低い分解能で試料を純粋に光学的な
観察をすることができる光学的対物レンズも配すること
ができる。この顕微鏡は、純粋に光学的な結像を行うた
めにも使用できるので、光軸を規定する光学ユニットを
備えることができる。この光軸と同軸をなすように、電
子線対物レンズを配置することができ、例えば、リボル
バにより光軸上へ（いわゆる作業位置へ）運ぶことがで
きる。

【０００７】電子線対物レンズ（これは電子顕微鏡主鏡
体を内包する）は、作業位置において光軸に関し対称的
になっている。多くの適用に対しとりわけ有利なのは、
電子線対物レンズが検査されるべき試料の表面から多少
（僅かな）間隔が設けられている場合である。そのた
め、試料は通常の周囲条件下で検査することができ、労
力のかかる準備や更には（試料の）破壊も避けられる。
そのため、電子線対物レンズは、試料と電子線対物レン
ズとの間（の空間）が通常の大気圧になっているように
配置することができる。

【０００８】電子線対物レンズのありうる構造の１つ
は、第二ハウジングを取り囲む第一ハウジングを含むも
のである。電子顕微鏡主鏡体は、第二ハウジング内で光
軸に関し対称的に配置されている。更に、（各ハウジン
グに）対応する真空（排気）装置が備えられており、こ
れらにより第一ハウジング内では、周囲の大気圧より圧
力が小さく維持されている。第二ハウジング内では、第
一ハウジングと比較すると、更に少々改善された真空に
なっている（真空度が大きくなっている）。

【０００９】

【実施例】本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明
する。なお、請求の範囲に付した図面参照符号は、発明
の理解の容易化のためであり、図示の態様に限定するこ
とは意図しない。

【００１０】図１は、本発明の装置２の模式的構造を示
している。顕微鏡２は、従来の顕微鏡の構造と本質的に
類似している。顕微鏡２は、上に支柱６を備える支持台
４を含む。支柱６には、支持アーム８が取付ないし形成
されている。支持アーム８は、支柱６から離隔する終端
部１０を有する。支持アーム８の前方の終端部１０付近
には、光学ユニット１２があるが、これは、光軸１６
（図１には破線で描かれている）を規定する光学素子
（不図示）を本質的に含む。光軸１６には、顕微鏡２に
所望の倍率を与える対物レンズ１８が配される。種々の
倍率をより容易に選択できるように、リボルバ２０が配
されるが、これは、既に存在する対物レンズ１８に加え
て少なくとも１つの他の対物レンズ２２を有する。従来
の顕微鏡の構造及び個々の構成部材については、当業者
にとって十分既知であるので、ここでは詳細に立ち入ら
ない。リボルバ２０に取付けられた１つ又は２以上の対
物レンズ１８又は２２は、走査型（ラスタ）電子顕微鏡
用の所謂マイクロ対物レンズ（以下では、電子線対物レ
ンズと記す）として形成されている。電子線対物レンズ
の大きさは、従来の顕微鏡の対物レンズの大きさと比肩
できるもの、即ちほぼ同等である。電子線対物レンズ
は、従来の走査型電子顕微鏡の巨視的規模の主鏡体ない
し鏡筒レンズ系（Saeulen）の構造と同等である電子顕
微鏡主鏡体として形成されている。リボルバ２０上に対
物レンズ１８及び２２は配置されているので、スライダ
又は他の機械的及び／又は電子機械的部材により、種々
の倍率を迅速かつ単純に切り替えることができ、又は従
来の光学像から電子顕微鏡像に切り替えることができ
る。対物レンズの構造の種々の実施例は、図２及び３に
詳細に描かれている。顕微鏡の支持台４上には、検査さ
れるべき試料２６を対物レンズ１８又は２２に対する適
切な位置へと移動することができるステージ２４が同様
に配されている。

【００１１】本発明の他の実施例は、顕微鏡２を専ら電
子顕微鏡として使用することである。そのため、対物レ
ンズは全て電子顕微鏡主鏡体として構成されている。電
子線対物レンズは、電子線対物レンズ内での電子線伝播
のために適切な真空状態を生成する真空排気装置と個別
に連結している（不図示）。

【００１２】図２には、電子線対物レンズ２８の第一実
施例が描かれている。電子線対物レンズ２８は、電子顕
微鏡主鏡体３２を微視的ないし”顕微鏡的”形態で備え
るハウジング３０を含む。電子顕微鏡対物レンズ２８の
ための真空排気システム（不図示）は、例えば顕微鏡２
のリボルバ２０に組み込まれている。電子顕微鏡主鏡体
３２の構造は、顕微鏡２の光学ユニット１２により規定
される光軸１６に対し対称的になっている。絞り（Blen
de）３５を有する電子エミッタ（電子銃）３４は、ハウ
ジング３０の上部に配設されている。第一の電子光学的
レンズ３６は、絞り３５に続いて（下流に）取付けられ
ている。電子光学的的レンズ３６に続いて、偏向器３８
が配設されており、その次に電子光学的対物レンズ４０
が続いている。電子線対物レンズ２８のハウジング３０
は、検査されるべき試料２６とともに気密封止体（ユニ
ット）を形成している。これは、電子線対物レンズ２８
（ないしそのハウジング３０）が試料２６上に直接載置
され、その結果検査されるべき領域を周囲の空気から隔
離することにより実現することができる。他の方法とし
ては、試料２６を電子線対物レンズの中に組込み、その
結果周囲の空気から隔離することが考えられる。自明の
ことだが、電子線を偏向又は形成するために、電子線対
物レンズ２８は、電子制御システムに接続されている
（不図示）。電子制御システムは、従来の電子顕微鏡主
鏡体の電子制御システムと同等であり、当業者には十分
既知であるので、ここでは詳細に立ち入らない。

【００１３】従来の顕微鏡の場合、対物レンズの交換
（切替）は周囲の空気中で行われる。第二実施例（図
３）には、試料を検査する時、通常の周囲条件（ほぼ周
囲の大気圧）で使用される電子線対物レンズ４２が描か
れている。電子線対物レンズ４２は、第一の真空排気装
置（不図示）への（第一）連結路（部）４５を有する第
一ハウジング４４を含む。更に、第一（外部）ハウジン
グ４４は、電子線のための射出開口（部）４６を有す
る。射出開口（部）４６は、同様に光軸１６に対し対称
的に配されている。第二ハウジング４８は、電子顕微鏡
主鏡体３２を取り囲んでいる。他方、第二（内部）ハウ
ジング４８は、第一ハウジング４４に取り囲まれてい
る。第二ハウジング４８は、他の（第二の）真空排気装
置（不図示）への第二連結路（部）４９を有している。
そのため第一ハウジングには、第二連結路（部）４９の
貫通を実現するために、対応する開口部５０が形成され
ている。他の（第二の）真空排気装置は、例えば高真空
装置として構成される。これらの真空排気装置により、
第二ハウジング４８内には、（第一の）真空排気装置に
より第一ハウジング４４内に生じる圧力より小さい圧力
が生じている。即ち、第二ハウジングから第一ハウジン
グへ移行する際及び第一ハウジングから周囲空気へ移行
する際に、圧力差が存在する。

【００１４】更に、第二ハウジング４８は、第一ハウジ
ング４４の射出開口（部）４６と同軸をなす電子線のた
めの射出開口（部）５２を同様に有する。既に図２にお
いて説明したように、第二ハウジング４８内には、電子
顕微鏡主鏡体３２がある。電子顕微鏡主鏡体３２の構造
は、顕微鏡２の光学ユニット１２により規定される光軸
１６に関し対称的になっている。絞り３５を有する電子
エミッタ（電子銃）３４は、第二ハウジング４８内の上
部に配設されている。第一の電子光学的レンズ３６が、
絞り３５に後置されている。電子光学的レンズ３６の後
には、偏向器３８が配され、更にその後に電子光学的対
物レンズ４０が続いている。電子線対物レンズ４２は、
検査されるべき試料に関し、試料２６と第一ハウジング
４４の開口（部）４６との間が大気圧（周囲の気圧）に
なっているように配置される。試料２６と開口（部）４
６との間の距離は、極めて小さくすべきであろう。０．
１mm程度の距離が有効であることが明らかとなってい
る。

【００１５】更に、電子線対物レンズ４２は、３つ以上
のハウジングから形成されることも可能である。その場
合、上述のように、存在するハウジングのそれぞれの内
部においては、一のハウジングから次のハウジングない
し周囲の空気へ移行する際圧力勾配（差）が存在するよ
うに、異なる圧力が生じている。最内のハウジングが最
小の圧力を有すること及び外部に隣接するハウジングに
向かって圧力が階段状に大きくなることも常に妥当して
いる。

【００１６】電子線対物レンズ６０の第三実施例が、図
４に描かれている。電子線対物レンズ６０は、真空排気
装置（不図示）への連結路（部）６３を有するハウジン
グ６２を含む。ハウジング６２の内部には、電子顕微鏡
主鏡体３２が形成されている。電子顕微鏡主鏡体３２の
構造は、顕微鏡２の光学ユニット１２により規定される
光軸１６に関し対称的になっている。絞り３５を有する
電子エミッタ（電子銃）３４は、ハウジング６２の上部
に配設されている。第一の電子光学的レンズ３６は、絞
り３５の後に続いている。電子光学的レンズ３６の後に
は、偏向器３８が続き、更にその後には、電子光学的対
物レンズ４０が続いている。電子線対物レンズ６０は、
光軸１６に関し対称的に配されている開口（部）６４を
同様に画成している。開口（部）６４は、膜状物ないし
封止メンブラン６６（図５参照）により気密封止されて
いる。膜状物６６は、電子線に対し透過性の材料から形
成されている。電子線対物レンズ６０は、検査されるべ
き試料２６に関し、試料２６とハウジング６２の開口
（部）６４の膜状物６６との間が大気圧になっているよ
うに配置される。試料２６と電子線対物レンズ６０との
間の距離は、好ましくは、０.１mm以下の程度である。

【００１７】図２、３及び４に描かれた電子線対物レン
ズ２８、４２及び６０の実施例は、一例としてほぼ２cm
の長さを有するものとすることができる（なおこの寸法
は加工技術及び電子顕微鏡の小型化の進展等の技術の進
展に応じてさらに可変である）。電子顕微鏡対物レンズ
２８、４２及び６０を製造するために、微細加工技術が
使用される。対応する構造（パターン）は、例えばシリ
コンから製造される。

【００１８】本発明の上記説明は、とりわけその実施例
に関してなされた。しかしながら、各請求項の保護範囲
から逸脱しない範囲での、当業者により実行可能な修正
及び変更を含むことは自明である。

【００１９】

【発明の効果】本発明の顕微鏡により、従来の走査型電
子顕微鏡と同等の分解能を実現しつつ、構造全体を小さ
くでき、安価にかつ取り扱いも容易にすることができ
る。とりわけ対物レンズをリボルバに配することにより
倍率を迅速かつ単純に切り替えることができる。更に顕
微鏡は、従来の光学顕微鏡とほとんど変わらない大きさ
にでき、そのため複数の対物レンズの一つ（ないしそれ
以上）を光学的対物レンズにすることにより、試料の電
子顕微鏡的又は光学顕微鏡的観察を容易に切り替えて行
うことができる。異なった倍率の電子顕微鏡的対物レン
ズを組合せることもでき、またさらにこれらを複数の異
なった倍率の光学的対物レンズと組合せることも必要に
応じて可能であり、顕微鏡操作の迅速容易化に資するこ
と大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置の模式側面図。

【図２】電子線対物レンズ及び検査されるべき試料に
関するその位置についての第一実施例。

【図３】電子線顕微鏡及び検査されるべき試料に関す
るその位置についての第二実施例。

【図４】電子線対物レンズ及び検査されるべき試料に
関するその位置についての第三実施例。

【図５】図４において破線で描かれた円で囲まれた部
分の拡大図。

【符号の説明】

２（本発明の顕微鏡）装置４支持台６支柱８支持アーム１０支柱から遠ざけられた終端部１２光学ユニット１６光軸１８対物レンズ２０リボルバ２２他の対物レンズ２４ステージ２６試料２８電子線対物レンズ３０ハウジング３２電子顕微鏡主鏡体３４電子エミッタ（電子銃）３５絞り３６電子光学的レンズ３８偏向器４０電子光学的対物レンズ４２電子線対物レンズ４４第一ハウジング４５第一連結路（部）４６射出開口（部）４８第二ハウジング４９第二連結路（部）５０開口（部）５２射出開口（部）６０電子線対物レンズ６２ハウジング６３連結路（部）６４開口（部）６６膜状物

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学ユニット（１２）が光軸（１６）を
規定する顕微鏡（２）において、該光軸（１６）上に配置可能な少なくとも１つの対物レ
ンズ（２２）が、電子線対物レンズ（２８、４２）とし
て形成されている、ことを特徴とする顕微鏡。
【請求項２】複数の対物レンズ（１８、２２）がリボ
ルバ（２０）上に配設され、少なくとも１つの対物レン
ズ（２２）が電子線対物レンズ（２８、４２）として形
成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡。
【請求項３】前記電子線対物レンズ（２８、４２）
は、ハウジング（３０）内で前記光軸（１６）に関し対
称的に配置されている電子顕微鏡主鏡体（３２）を含
む、ことを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡。
【請求項４】前記電子線対物レンズ（２８）は、検査
されるべき試料と共に気密封止ユニットを形成する、ことを特徴とする請求項３に記載の顕微鏡。
【請求項５】前記電子線対物レンズ（４２）は、前記
検査されるべき試料（２６）の表面から少々離れて存在
し、及び該電子線対物レンズ（４２）と該試料（２６）
との間は、ほぼ周囲大気圧になっている、ことを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡。
【請求項６】前記電子線対物レンズ（４２）は、第二
ハウジング（４８）を取り囲む第一ハウジング（４４）
を含み、電子顕微鏡主鏡体（３２）は、該第二ハウジング（４
８）内で前記光軸（１６）に関し対称的に配置されてお
り、及び該第二ハウジング（４８）内では、該第一ハウ
ジング（４４）内よりも気圧が小さい、ことを特徴とする請求項５に記載の顕微鏡。
【請求項７】前記第一ハウジング（４４）は、真空排
気装置への連結路（４５）を有し、及び前記第二ハウジ
ング（４８）は、他の真空排気装置への連結路（４９）
を有する、ことを特徴とする請求項６に記載の顕微鏡。
【請求項８】前記第一ハウジング（４４）は開口（４
６）を及び前記第二ハウジング（４８）は開口（５２）
を、電子線のために有し、該両開口（４６、５２）は、
前記光軸（１６）に関し対称的に配置されている、ことを特徴とする請求項６に記載の顕微鏡。
【請求項９】前記電子線対物レンズは、単独のハウジ
ング（６２）を含みかつ電子線のための開口（６４）を
有し、及び該開口（６４）は、電子線に対し透過性の膜
状物（６６）により気密封止されている、ことを特徴とする請求項５に記載の顕微鏡。
【請求項１０】前記電子線対物レンズ（２８、４２、
６０）は、光学顕微鏡用の従来の対物レンズの長さと同
等ないし比肩しうる長さである、ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の
顕微鏡。