JPH03156849A

JPH03156849A - 走査電子顕微鏡

Info

Publication number: JPH03156849A
Application number: JP1294810A
Authority: JP
Inventors: Minoru Shimizu; 実清水
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-11-15
Filing date: 1989-11-15
Publication date: 1991-07-04
Anticipated expiration: 2014-06-23
Also published as: JP2911144B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は走査電子顕微鏡に係り、特に、試料表面のパタ
ーンなどを測長する機能を備えた走査電子顕微鏡に関す
る。

（従来の技術）走査電子顕微鏡を測長装置として用いる場合、振動が試
料あるいは電子銃へ伝達されないようにする工夫が必要
となる。試料等を振動させる要因は、装置自身が発生す
る振動と装置外部に発生する振動とに大別される。

このうち、装置自身が発生する振動としては、例えば試
料搬送、試料供給に伴う振動や、試料室を排気するため
の真空ポンプの振動などがあり、一方、装置外部に発生
する振動としては、例えば装置周辺を人が歩行すること
による床振動に伴う振動や、装置に人が接触することに
よって発生する振動などがある。

このうち、装置外部に発生する振動を緩和する方法とし
ては、例えば実開昭６２−１６８５５６号公報に記載さ
れるように、架台上に、防振マウントを介して荷重板を
載置し、該荷重板上にこれと固定的に電子顕微鏡を設置
する方法があった。

一方、装置自身が発生する振動に関しては、従来技術に
おける測長が、（＋）測長対象試料を試料室へ搬送した後に真空排気を
行い、その後に測長を行なう。

（２）予定のＵｌ長が終了すると該試料を試料室から排
出した後、新たな試料を試料室へ搬送し、真空排気後に
次の測長を行なう。

というステップで行われるため、必然的に測長は試料搬
送や真空排気が行われていないときに行われる構成とな
っており、装置自身が発生する振動を緩和する必要がな
かった。

（発明が解決しようとする課題）試料が半導体ウェハ等の量産品である場合には、短時間
で多くの測長を行うことが要求され、測長を効率良く短
時間で行うためには、ゲートバルブを介して試料室と接
続されるローダ室を設け、つの試料に関して試料室で測
長を行っている間に次の試料をローダ室に搬送し、さら
に該ローダ室を真空にするための排気をも行うといった
並列的な制御が必要となる。

このとき、ローダ室や搬送装置は試料台や電子銃等と一
体化されているために、これらから発生する振動に対し
ては前記外部振動を遮断するための除振部材等は役に立
たず、この振動が測長値に悪影響を及ぼしてしまう場合
がある。

また、測長値に悪影響を及ぼす環境上の問題は振動だけ
に限らず、鏡筒周辺の磁場の変化によっても電子ビーム
が偏向され、これが測長値に悪影響を及ぼす。

本発明の目的は、上記した問題点を解決し、測長を効率
良く行うことができ、かつ振動や磁場の変化によって悪
影響を受けない測長機能を備えた走査電子顕微鏡を提供
することにある。

（課題を解決するための手段）上記した問題点を解決するために、本発明は、試料表面
を測長する機能を備えた走査電子顕微鏡において、以下
のような手段を具備した点に特徴がある。

（１）走査電子顕微鏡の振動量を検出する手段と、振動
量が多いと測長を中断する手段とを具備した。

（２）走査電子顕微鏡の鏡筒近傍に設置され、磁場の変
化量を検出する手段と、変化量が多いと測長を中断する
手段とを具備した。

（３）真空排気系を含む走査電子顕微鏡の試料搬送機構
が稼動中であることを検出して測長を中断する手段を具
備した。

（作用）上記（１）の構成によれば、走査電子顕微鏡の振動量が
小さく、正確な測長が可能なときだけ測長が行われるの
で、常に正確な測長結果が得られる。

上記（２）の構成によれば、鏡筒近傍の磁場の変化量が
小さく、正確な測長が可能なときだけ測長が行われるの
で、常に正確な測長結果が得られる。

上記（３）の構成によれば、走査電子顕微鏡が振動して
いない時だけ測長が行われるので、常に正確な？＃１長
結果が得られる。

（実施例）以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

電子銃１から放射された電子ビーム２は、収束レンズ４
、対物レンズ５によって収束され、試料ステージ４３上
に載置された試料３の表面に照射される。該電子ビーム
２は対物レンズ５内に組み込まれた偏向レンズ（図示せ
ず）によって試料３の表面を走査させられる。

電子ビーム２の照射によって試料３表面から発生した二
次電子、反射電子等の二次信号６は検出器７で検出され
、該検出信号は増幅器８で増幅された後に演算手段４４
に入力され、演算結果がＣＲＴ９に出力される。ＣＲＴ
Ｑ上には、観察像と共に演算結果である測長値が表示さ
れる。

前記、収束レンズ４と対物レンズ５との間には、ビーム
ブランキング電源１１に接続されたビームブランキング
用の偏向コイル１０が設けられ、後述するコンパレータ
２６からの信号に基づいて電源１１が付勢されると、電
子ビーム２は偏向コイル１０によって偏向され、電子ビ
ーム２は試料上に照射されなくなる（ブランキングされ
る）。

電子銃１、収束レンズ４、対物レンズ５、およびビーム
ブランキング用の偏向コイル１０は鏡筒３３内に設置さ
れ、該鏡筒３３の下部には試料室１２が設けられいる。

試料室１２とローダ室１５とはゲートバルブ１４で仕切
られ、試料室１２内は真空ポンプ１３によって排気され
、ローダ室１５内は真空ポンプ１６によって排気される
。

ローダ室１５の、前記ゲートバルブ１４と対向する部分
にはゲートバルブ２１が設けられ、該ゲートバルブ２１
からは、ローダ機構２３によって昇降される試料ケース
２２から１枚づつ取り出される試料３が導入される。

ローダ室１５内には、後に第５図を用いて詳述するロー
ドロツタ機構２０が設けられており、ローダ室１５内に
は試料３を２枚収納することができる。

前記鏡筒３３、試料室１２、およびローダ室１５は荷重
板１７によって支持され、該荷重板１７は、防振マウン
ト１８を介して架台１９上に載置され、前記ローダ機構
２３は架台１９上に直接載置される。

一方、前記荷重板１７上には加速度計２４ａ１２４ｂ（
図示せず）、２４ｅ　（図示せず）が、それぞれＸ方向
、Ｙ方向、Ｚ方向の振動測定が可能なように取り付けら
れ、各加速度計２４ａ、２４ｂ　ｓ　２４　ｃの出力信
号はコンパレータ２６の一方の入力端子に入力される。

また、該コンパレータ２６の他方の入力端子にはデータ
ベース２５が接続されている。

なお、加速度計２４の設置場所は荷重阪１７上に限定さ
れるものではなく、試料３および電子銃１の少なくとも
一方の振動を検出できるような場所であれば、鏡筒３３
の上面あるいは側面等であっても良い。

データベース２５には、観察像の振れが走査電子顕微鏡
の測長分解能を越えてしまう振動に応じた基準信号が記
憶されており、コンパレータ２６は、前記各加速度計２
４ａ％　２４ｂ、２４ｃの出力信号と前記データベース
２５からの基準信号とを比較し、比較結果に応じてビー
ムブランキング電源１１を付勢する。

ここで、試料の導入、排出を行うロードロック機構２０
の動作について、第５図を参照しながら説明する。なお
、同図では説明を簡略化するためにローダ室１５と試料
室１２との間に設けられたゲートバルブ１４は省略しで
ある。

同図（ａ）に示したように、ローダ室１５内のロードロ
ック機構は主に２つの試料載置台４０ａ、４０ｂと、該
載置台４０ａ、４０ｂを結合する結合部材４１とによっ
て構成され、該試料載置台４０ａ、４０ｂは中心軸４２
を中心にして回動する。試料３は試料室１２内の試料ス
テージ４３上に載置されて測長される。

なお、同図（ａ）〜（ｈ）において、“未゛を付した試
料３は未測長の試料、“済”を付した試料３はｎｌ長済
みの試料、“中“を付した試料３は測長中の試料を示し
ている。

試料が一枚も導入されていない状態［同図（ａ）］から
、初めに試料３を載置台４０ａに導入した後、結合部材
４１を中心軸４２を中心に１８０’回転した後、さらに
試料３を載置台４０ｂ上に導入し［同図（ｂ）］、ここ
で試料室１２とローダ室１５を排気する。

次いで、載置台４０ａ上の試料３を試料ステージ４３上
に載置し、測長を開始する［同図（Ｃ）］。

側長が終了すると、測長済み試料がローダ室１５内の載
置台４Ｏａ上に再び載置される［同図（ｄ）］。

次いで、結合部材４１を１８００回転した後［同図（ｅ
）］、今度は載置台４０ｂ上の試料３を試料室１２内の
試料ステージ４３上に載置して７ｉＩｌｊ長を開始し、
載置台４０ａ上の測長済み試料３をローダ室１５から排
出する［同図（ｒ）］。

次いで、載置台４０ａ上に新たな試料を導入［同図（ｇ
）Ｉして排気し、さらに、測長済み試料を載置台４０ｂ
上に載置する［同図（ｈ）］。

以後、前記と同様にして、（ｅ）から（ｈ）の工程を繰
り返して測長を行う。

このような構成の走査電子顕微鏡によれば、試料交換を
効率良く行えるようになり、短時間で多くの試料の測長
が可能になる。

なお、本発明に適用されるロードロック機構はこのよう
な構成に限定されるものではなく、３枚の試料、あるい
はそれ以上の試料を同時に載置できるロードロック機構
であっても良い。

本実施例では、特に前記（ｆ）　、（ｇ）で示した測長
中には、試料のローダ室１５への導入、排出、および真
空ポンプによる排気が行われるため振動が発生する。該
振動は前記加速度計２４ａ、２４ｂｓ２４ｃで検出され
、検出信号がコンパレータ２６に出力される。

コンパレータ２６は、データベース２５に記憶された基
準信号レベルと各加速度計２４ａ、２４ｂ、２４ｃの出
力信号レベルとを比較し、いずれかの加速度計の出力信
号レベルが基準信号レベルを越えるとビームブランキン
グ電ＦＸ１１を付勢し、電子ビーム２の試料３への照射
を禁止して測長を中断する。

振動が収まって各加速度計２４ａ、２４ｂ、２４ｃの出
力信号レベルのいずれもが基準信号レベルを下回ると、
コンパレータ２６はビームブランキング電源１１の付勢
を中止し、再び副長が開始される。

本実施例によれば、測長に影響を及ぼす程度の振動が検
出されると測長が行われないので、排気、試料搬送等の
振動を伴う作業と測長とを平行して行なうことによって
効率の良い測長を可能にした測長システムにおいて、常
に正確な測長が可能になる。

しかも、測長が行われない間は電子ビームが試料に照射
されないので、試料のダメージを防ぐことができる。

なお、本実施例ではブランキングコイルとして偏向コイ
ルを用いるものとして説明したが、静電型のブランキン
グコイルを用いても同等の効果が達成される。

また、本実施例では加速度計を荷重板１７上に設けたが
、試料室１２上あるいは鏡筒３３表面に設けるようにし
ても良い。

第２図は本発明の第２の実施例である走査電子顕微鏡の
概略構成図であり、第１図と同一の符号は同一または同
等部分を表している。

本実施例は、試料室１２上に磁場測定器２７を設け、そ
の出力信号をコンパレータ２６の一方の入力端子に入力
するようにしている。

この場合のデータベース２５には、観察像の振れが走査
電子顕微鏡の測長分解能を越えてしまう外部磁場に応じ
た基準信号が記憶されている。コンパレータ２６は、前
記磁場ＩｇＪ定器２７の出力信号レベルと前記データベ
ース２５からの基準信号レベルとを比較し、出力信号レ
ベルが基準信号レベルを上回るとビームブランキング電
源１１を付勢し、電子ビーム２が試料３に照射されない
ようにブランキングする。

本実施例によれば、鏡筒近傍の磁場の変化量が小さく、
正確な測長が可能なときだけ測長が行われるので、常に
正確な測長結果が得られる。

ところで、観察像のぶれの許容範囲は、当然のことなが
ら測長レンジによって異なる。すなわち、測定の単位が
ｎｍオーダの場合とμｍオーダの場合とでは、その許容
範囲が異なってくる。

そこで、観察倍率あるいは測長レンジ等によって上記デ
ータベースから出力される基準信号レベルが変化するよ
うにすれば、振動あるいは磁場の変化に対して必要以上
のレベルが要求されることがない。

なお、以上の説明では、加速度計２４または磁場測定器
２７の一方のみが設置された場合を例にして説明したが
、両者を共に設置するようにしても良い。

第３図は本発明の第３の実施例である走査電子顕微鏡の
概略構成図であり、前記第１図又は第２図と同一の符号
は同一または同等部分を表している。

同図において、ゲートバルブ１４．２１、真空ポンプ１
３．１６、ロードロック機構２０といったように、その
動作によって振動が発生し、測長値に悪影響を及ぼす装
置からは、各部分が動作中であるか否かを示す制御信号
が制御装置３２に出力される。

該制御装置３２は、入力される制御信号をチエツクし、
前記各装置のいずれかが動作中であるとビームブランキ
ング電ＦＡ１１を付勢し、電子ビームをブランキングす
る。

本実施例によれば、大きな振動が発生する可能性がある
期間は測長が行われないので、常に正確な測長が可能に
なる。

第４図は本発明の第４の実施例の概略構成図であり、第
３図と同一の符号は同一または同等部分を表している。

本実施例では、第３図に示した構成の他に、主にハンド
２９、アーム３０、本体３１によって構成されるロボッ
ト２８をさらに設置し、該ロボット２８が試料ケース２
２を搬送し、該試料ケース２２をローダ機構２３に収納
する。

このような構成の走査電子顕微鏡では、ロボット２８が
試料ケース２２をローダ機構２３に収納する際に、それ
による振動が架台１９、防振マウント１８を介して荷重
板１７に伝達されてしまう。

そこで、本実施例では、ロボット２８が試料ケース２２
をローダ機構２３に収納する時、すなわちハンド２９が
開く時に信号を出力するようにし、該信号も制御装置３
２に入力するようにした。

本実施例によれば、前記同様、大きな振動が発生する可
能性がある期間は測長が行われないので、常に正確な測
長が可能になる。

なお、以上の説明では具体的に示さなかったが、第１図
に関して説明したような、振動検出手段を具備した走査
電子顕微鏡に、第２図に関して説明した磁場の変化に対
処するための手段を適用したり、あるいはこれらの手段
の一方または両方を、第３．４図に関して説明した各実
施例に適用したりすることも可能である。

また、上記した各実施例では、振動量が多い場合などの
測定中断時には電子ビームをブランキングすることによ
って試料のダメージを最小限に押えるものとして説明し
たが、対物レンズや収束レンズを制御して電子ビームの
収束を緩和し、試料上での電子ビームのスポット径が大
きくなるようにすると共に、そのときは測長値を求める
ための演算を行なわないようにすれば、上記と同様の効
果が得られる。

さらに、試料のダメージを考慮しなくても良いのであれ
ば、電子ビームは測長時と同様に試料上に照射し、ＡＩ
ＩＪ長値を求めるための演算だけを行なわないようにし
ても良い。

（発明の効果）以上の説明から明らかなように、本発明によれば、１ｌ
ｌｌｌｊ長値に影響を及ぼすような振動、磁場の変化が
発生していない時だけ測長を行なうので、常に正確な測
長が可能になる。

また、測定中断時には電子ビームをブランキングしたり
、あるいは電子ビームの収束を緩和してスポット径を大
きくしたりすれば、試料が受けるダメージを最小限にす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である走査電子顕微鏡の概略
構成図、第２図は本発明の第２の実施例である走査電子
顕微鏡の概略構成図、第３図は本発明の第３の実施例で
ある走査電子顕微鏡の概略構成図、第４図は本発明の第
４の実施例である走査電子顕微鏡の概略構成図、第Ｓ図
はロードロック機構を説明するための図である。第１図３・・・試料、１０・・・偏向コイル、１１・・・ビー
ムブランキング電源、１２・・・試料室、１３．１６・
・・真空ポンプ、１４．２１・・・ゲートバルブ、１５
・・・ローダ室、１７・・・荷重板、１８・・・防振マ
ウント、１９・・・架台、２０・・・ロードロック機構
、２４・・・加速度計、２５・・・データベース、２６
・・・コンパレータ、３３・・・鏡筒、４３・・・試料
ステージ、４４・・・演算手段

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電子銃から放射された電子ビームを収束し、収束
後の電子ビームを走査しながら試料表面に照射したとき
に該試料から発生する二次信号を検出して試料表面のパ
ターンなどを測長する機能を備えた走査電子顕微鏡にお
いて、電子銃および試料の少なくとも一方の振動量を検出する
振動量検出手段と、振動量が振動基準値を上回ると測長を中断する測長中断
手段とを具備したことを特徴とする走査電子顕微鏡。
（２）前記振動量検出手段は、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向
の少なくとも一方向の振動量を検出し、前記測長中断手
段は、いずれか一方向の振動量が振動基準値を上回ると
測長を中断することを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の走査電子顕微鏡。
（３）前記振動基準値は、走査電子顕微鏡の測長レンジ
に応じて変化することを特徴とする特許請求の範囲第１
項または第２項記載の走査電子顕微鏡。
（４）前記走査電子顕微鏡を固定的に載置する荷重板と
、前記荷重板を、防振マウントを介して載置する架台とを
具備し、前記振動量検出手段は荷重板上に設置されることを特徴
とする特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに
記載の走査電子顕微鏡。
（５）電子銃から放射された電子ビームを収束し、収束
後の電子ビームを走査しながら試料表面に照射したとき
に該試料から発生する二次信号を検出して試料表面のパ
ターンなどを測長する機能を備えた走査電子顕微鏡にお
いて、走査電子顕微鏡の鏡筒近傍に設置され、磁場の変化量を
検出する磁場検出手段と、変化量が変化基準値を上回ると測長を中断する測長中断
手段とを具備したことを特徴とする走査電子顕微鏡。
（６）前記変化基準値は、走査電子顕微鏡の測長レンジ
に応じて変化することを特徴とする特許請求の範囲第５
項記載の走査電子顕微鏡。
（７）電子銃から放射された電子ビームを収束し、収束
後の電子ビームを走査しながら試料表面に照射したとき
に該試料から発生する二次信号を検出して試料表面のパ
ターンなどを測長する機能を備えた走査電子顕微鏡にお
いて、真空排気系を含む走査電子顕微鏡の試料搬送機構が稼動
中であることを検出して測長を中断する測長中断手段と
を具備したことを特徴とする走査電子顕微鏡。
（８）防振マウントを介して走査電子顕微鏡を載置する
架台と、架台上に載置され、走査電子顕微鏡に試料を導入する試
料ローダとをさらに具備し、前記測長中断手段は、前記
試料搬送機構および試料ローダの少なくとも一方が稼動
中であることを検出して測長を中断することを特徴とす
る特許請求の範囲第７項記載の走査電子顕微鏡。
（９）架台外に設置され、前記試料ローダに試料収納箱
を搬送する搬送ロボットと、搬送ロボットによる試料箱の試料ローダへの収納時点を
検出する手段とをさらに具備し、前記測長中断手段は、
前記試料搬送機構および試料ローダの少なくとも一方が
稼動中であることを検出して、ないしは前記収納時点を
検出して測長を中断することを特徴とする特許請求の範
囲第８項記載の走査電子顕微鏡。
（１０）電子ビームが試料表面に照射されないように、
該電子ビームを偏向するビームブランキング手段をさら
に具備し、前記測長中断手段は、前記ビームブランキング手段を付
勢する手段であることを特徴とする特許請求の範囲第１
項ないし第９項のいずれかに記載の走査電子顕微鏡。
（１１）電子ビームの収束を緩める収束緩和手段をさら
に具備し、前記測長中断手段は、前記収束緩和手段を付勢する手段
であることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第
９項のいずれかに記載の走査電子顕微鏡。