JP3123996B2 - 走査型電子顕微鏡 - Google Patents

走査型電子顕微鏡

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JP3123996B2
JP3123996B2 JP11002050A JP205099A JP3123996B2 JP 3123996 B2 JP3123996 B2 JP 3123996B2 JP 11002050 A JP11002050 A JP 11002050A JP 205099 A JP205099 A JP 205099A JP 3123996 B2 JP3123996 B2 JP 3123996B2
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和子 前田
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体の微細加工
パターンの評価などに用いられる走査型電子顕微鏡装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体の製造に際して、ウエハー
の微細パターンの寸法評価のために、自動測長機能を有
する走査型電子顕微鏡が用いられている。この走査型顕
微鏡によると、電子銃から発した電子ビームを、コンデ
ンサーレンズにより集束し、絞り板によりビーム径を絞
った後、対物レンズにより被観測物であるウエハー上に
照射して走査させて、2次電子を検出することより、ウ
エハーに設けられた微細パターンの観察を行なうことが
できる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このような走査型電子
顕微鏡において半導体のウエハーのフォトレジストやそ
の他の有機物の微細パターンの観察(測長など)を行な
っていると、照射される電子ビームのために、電子顕微
鏡が収容されているチャンバー内に汚染物質が発生し、
この汚染物質が絞り板の絞り穴に付着する。すると、絞
り穴の径が小さくなるとともに多少変形し、この絞り穴
を通過する電子線の断面形状が、真円から歪んだ形に変
化するため、この走査型電子顕微鏡の解像度およびコン
トラストが劣下する。従来、解像度およびコントラスト
が劣化すると、微細パターンの測定再現性、精度に問題
が生じるので、通常は1ヶ月程度で絞り穴が使用不能と
なる。例えば、図4(a),(b)に示すように、1枚
の絞り板20に複数の絞り穴21a,21b,21cを
穿設しておき、一つの絞り穴(例えば21a)が使用不
能となったら絞り板20をスライドさせて違う絞り穴
(例えば21b)を使用するようにした構成のものなど
があるが、使用者が絞り板20をスライドさせるためメ
ンテナンスが面倒になり、絞り板20の寿命の問題の根
本的な解決とはなっていない。
【0004】このような走査型電子顕微鏡の絞り板に付
着した汚染物質を除去するために、特開昭63−762
50号公報に記載の発明では、絞り板を抵抗熱により約
100℃に加熱することによって、絞り板から汚れを除
去することができる。しかし、絞り板に汚染物質が付着
しやすいという問題に関しては改善されていない。汚染
物質が付着しにくいように絞り板を常に加熱する構成と
すると、薄板状の絞り板が熱により変形して電子ビーム
の絞り精度が劣化すると言う問題が生じる。
【0005】また、特開平4−51448号公報に記載
の発明では、絞り板を走査型電子顕微鏡から一旦取り外
して外部の真空チャンバー内に装填し、グロー放電を行
なうことにより絞り板の汚染物質を除去することができ
る。しかし、走査型電子顕微鏡から絞り板を取り外して
真空チャンバーにセットするという煩雑な作業が必要で
あるうえに、白金コーティングして絞り板の酸化による
電子ビームの分布の乱れを解消する必要があり、汚染物
質の除去作業は非常に面倒である。
【0006】そこで本発明の目的は、煩雑な作業を必要
とせずに、絞り板に付着した汚染物質の除去が行なえ、
しかも絞り板に汚染物質がつきにくくすることができる
走査型電子顕微鏡を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の走査型電子顕微
鏡の特徴は、電子ビームを照射する電子銃と、前記電子
ビームの径を絞る絞り手段と、前記電子ビームを被観察
物に集束させる光学手段とを含む走査型電子顕微鏡にお
いて、前記絞り手段が、前記電子ビームの径を絞る絞り
穴を有する絞り板と、該絞り板に積層され前記絞り穴と
対向する穴部を有するセラミックからなり前記絞り板よ
りも厚い厚板とを含むところにある。
【0008】これにより、汚染物質が厚板の穴部内周に
付着するようになり、絞り板の絞り穴には付着しないの
で、電子ビームの絞り精度が劣化せず、解像度やコント
ラストの劣下が防げる。
【0009】前記厚板は、前記絞り板の被観察物側の面
に積層されている。
【0010】
【0011】前記光学手段が、前記絞り手段の前段に位
置するコンデンサーレンズと、前記絞り手段の後段に位
置する対物レンズとを含んでいてもよい。
【0012】前記絞り板に高電圧を印加してフラッシン
グを行なう電圧印加手段を有することが好ましい。
【0013】この構成によると、絞り板に汚染物質が付
着したとしても、絞り板を走査型電子顕微鏡から取り外
したり外部チャンバーにセットするという煩雑な作業を
行なうことなく、汚染物質の除去が可能である。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について説明する。
【0015】図1に本発明の走査型電子顕微鏡の一実施
形態の概略構成を示している。この走査型電子顕微鏡
は、電子ビーム13を照射する電子銃1と、この電子ビ
ーム13の照射経路内に位置する光学手段2および絞り
手段3と、電圧印加手段4と、被観察物(本実施形態で
は半導体ウエハー)11がセットされるステージ12と
を含んでいる。
【0016】光学手段2は、絞り手段3の前段(図1上
方)に位置するコンデンサーレンズ5と、絞り手段3の
後段(図1下方)に位置する対物レンズ6とからなる。
絞り手段3は、絞り板7と厚板8とが積層された構成で
ある。絞り板7は、10μm程度の薄板であり、電子ビ
ーム13の径を絞るための絞り穴9(直径約20μm)
があけられている。厚板8は、絞り板7よりも厚い30
μm程度のセラミック板からなり、絞り穴9と対向する
穴部10が明けられている。穴部10は絞り穴9よりも
大径であり、本実施形態では直径30μm程度である。
この絞り手段3は、絞り板3が電子銃1側に、厚板8が
半導体ウエハー11側に位置するように配置されてい
る。電圧印加手段4は絞り板7に接続されており、絞り
板7に高電圧を印加するものである。
【0017】この走査型電子顕微鏡の動作について説明
すると、図示しない駆動手段に駆動されて、電子銃1が
電子ビーム13を放射する。電子ビーム13は、コンデ
ンサーレンズ5により集束され、絞り手段3に入射す
る。さらに電子ビーム13は、絞り手段3の絞り板7の
絞り穴9を通過することによってビーム径が絞られて、
対物レンズ6へ至り、この対物レンズ6により被観察物
である半導体ウエハー11上に焦点を結ぶ。そして、図
示しない駆動手段により電子ビーム13がウエハー11
の微細パターン上を走査し、それによってウエハー11
の表面から2次電子が放出され、この2次電子を図示し
ない検出器が検出してウエハー11の観察が行われる。
【0018】このように半導体ウエハー11のフォトレ
ジストやその他有機物の微細パターンを観測する際に、
照射される電子ビーム13のために汚染物質が発生す
る。従来は、この汚染物質が絞り板の絞り穴の内側に付
着し、電子ビームの断面形状の変形や小径化を招き、解
像度やコントラストの劣化の要因となっていた。しか
し、本実施形態では、絞り板7の下方にセラミック製の
厚板8が取り付けられているので、汚染物質は主に厚板
8の穴部10の内周に付着し、絞り板7の絞り穴9には
ほとんど付着しない。すなわち、厚板8は絞り板7の下
方に位置しており、しかも絞り板7よりも厚いため、電
子ビーム13の照射に伴って発生する汚染物質が、絞り
板7まで届かずに、ほとんど厚板8の穴部10に付着す
る。そのため、絞り板7の絞り穴9の内周には、汚染物
質はほとんど付着しない。そして、穴部10は絞り穴9
よりも大径なので、穴部10の内周に汚染物質が付着し
ても、絞り穴9による電子ビーム13のビーム径の絞り
にはあまり影響を与えない。
【0019】やがて、厚板8の穴部10のみならず、絞
り板7の絞り穴9の内周にも汚染物質が付着してきた
ら、電圧印加手段4が絞り板7に高電圧を加えて、フラ
ッシングを行ない、絞り板7に付着した汚染物質を除去
する。フラッシングは10秒間程度行われ、汚染物質が
除去されることにより、解像度およびコントラストの劣
化が防げ、絞り板の寿命がさらに延びる。
【0020】なお、図2,3に示す実施形態では、絞り
手段14の絞り板15に複数の絞り穴16が設けられ、
厚板17に絞り穴16と同数でこれと対向する穴部18
が設けられている。本実施形態によると、一つの絞り穴
16が使用不能になったら、絞り手段14を随時スライ
ドさせることによって別の未使用の絞り穴16を用いる
ようにすることができる。これによると、絞り板15の
交換頻度をより低減することができる。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電子ビーム照射による汚染物質の絞り穴への付着を抑制
することができ、解像度やコントラストの劣下を防ぎ、
高い測定再現性を実現させるとともに、絞り板の寿命を
延ばすことができる。
【0022】さらに、絞り板に電圧印加手段を接続し、
高電圧を印加してフラッシング可能な構成とすることに
より、絞り板に汚染物質が付着したとしても、絞り板を
走査型電子顕微鏡から取り外すことなく汚染物質を除去
できる。従って、絞り板を外部チャンバーに移動させて
セッティングするといった煩雑な作業が不要である。そ
して、このように走査型電子顕微鏡に装着したままで絞
り板に付着した汚染物質を除去することにより、自己再
生が可能になり、絞り板の交換頻度を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態の走査型電子顕微鏡を
示す概略図である。
【図2】第1の実施形態の絞り手段の平面図である。
【図3】第1の実施形態の絞り手段の側断面図である。
【図4】(a)は従来の絞り手段の平面図、(b)はそ
の側断面図である。
【符号の説明】
1 電子銃 2 光学手段 3 絞り手段 4 電圧印加手段 5 コンデンサーレンズ 6 対物レンズ 7 絞り板 8 厚板 9 絞り穴 10 穴部 11 半導体ウエハー(被観察物) 12 ステージ 13 電子ビーム 14 絞り手段 15 絞り板 16 絞り穴 17 厚板 18 穴部

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電子ビームを照射する電子銃と、前記電
    子ビームの径を絞る絞り手段と、前記電子ビームを被観
    察物に集束させる光学手段とを含む走査型電子顕微鏡に
    おいて、 前記絞り手段が、前記電子ビームの径を絞る絞り穴を有
    する絞り板と、該絞り板に積層され前記絞り穴と対向す
    る穴部を有するセラミックからなり前記絞り板よりも厚
    厚板とを含むことを特徴とする走査型電子顕微鏡。
  2. 【請求項2】 前記厚板が、前記絞り板の被観察物側の
    面に積層されている請求項1に記載の走査型電子顕微
    鏡。
  3. 【請求項3】 前記光学手段が、前記絞り手段の前段に
    位置するコンデンサーレンズと、前記絞り手段の後段に
    位置する対物レンズとを含む請求項1または2に記載の
    走査型電子顕微鏡。
  4. 【請求項4】 前記絞り板に高電圧を印加してフラッシ
    ングを行なう電圧印加手段を有する請求項1〜3のいず
    れか1項に記載の走査型電子顕微鏡。
  5. 【請求項5】 前記被観察物として、微細加工パターン
    が形成された半導体のウエハーが用いられる請求項1〜
    4のいずれか1項に記載の走査型電子顕微鏡。
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