JPH0487244A - 走査型電子顕微鏡 - Google Patents

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〕 本発明は走査型電子顕微鏡（Ｓ　Ｅ　Ｍ　：　Ｓ　ｃａ
ｎｎｉｎｇＥ　１ｅｃｔｒｏｎ　Ｍ　１ｃｒｏｓｃｏｐ
ｅ）に関する。特に、本発明はコールドフィールドエミ
ッション型電子銃（以下、コールドＦＥ電子銃）を内蔵
する走査型電子顕微鏡に適用して有効な技術に関するも
のである。

〔従来の技術〕

コールドＦＥ電子銃を内蔵する走査型電子顕微鏡は、電
子ビームの集束密度が高く、分解性能が高い特徴がある
。この種の走査型電子顕微鏡は鏡体内に設けられた電子
銃から試料室内に配置された試料（例えば半導体ウェー
ハ）の表面に電子ビームを照射する。鏡体内、試料室の
夫々は、真空装置に連結され、所定の真空度が保持され
る。

前記走査型電子顕微鏡は、主に鏡体内に存在するガスが
経時的に電子銃の表面に吸着され、電子銃から照射され
る電子ビームのビーム電流量が低下する。この電子ビー
ムのビーム電流量の低下は、像のコントラスト不良、雑
音比の悪化、エツジ検出性能の低下等、走査型電子顕微
鏡の分解性能を低下させる。したがって、この種の走査
型電子顕微鏡は、電子銃の表面に吸着したガスを除去す
るフラッシング動作を行うメンテナンス作業が不可欠と
なる。

フラッシング動作後、４〜１０時間は走査型電子顕微鏡
の電子ビームのビーム電流の変化量が実用上問題ないレ
ベルにある。このため、フラッシング動作は、通常、所
定のマニアルに基づき例えば約８時間に１回の割合で定
期的に行われる。このフラッシング動作は走査型電子顕
微鏡を操作する作業者が手動により行う。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記コールドＦＥ電子銃を内蔵する走査型電子顕微鏡に
おいて、フラッシング動作は、本来電子ビームの照射時
間に対応させて行うことが理想であるが、現状は作業者
の作業時間のサイクルに合せて行われている。例えば、
１日２４時間の連続した作業時間中に走査型電子顕微鏡
を稼働する場合、作業者の労働条件に制約され、８時間
毎に作業者を３回文代する必要があるので、作業者の交
代毎にフラッシング動作が行われる。このため、電子ビ
ームの設定された照射時間に対して、フラッシング動作
の時期にずれが生じるので、分解性能等、走査型電子顕
１［の性能にばらつきを生じる。

また、作業者の作業内容にフラッシング動作を行う作業
が付加されるので、作業者の負担が増大する。

また、作業者がフラッシング動作を忘れる等の人為的な
ミスが発生する。

本発明の目的は、コールドＦＥ電子銃を内蔵する走査型
電子顕微鏡において、分解性能を維持するメンテナンス
（フラッシング動作）を定期的にかつ自動的に行うこと
が可能な技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、前記走査型電子顕微鏡の操作を行
う作業者の作業内容の省力化を図ることが可能な技術を
提供することにある。

本発明の他の目的は、前記走査型電子顕微鏡の作業者の
作業時間のサイクルに律則されることなく、それに対し
て独立にメンテナンスを行うことが可能な技術を提供す
ることにある。

本発明の他の目的は、前記走査型電子顕微鏡ｔ鏡の作業
者がメンテナンスを忘れる等のメンテナンス不備を削減
し、常時、分解性能を維持することが可能な技術、・を
提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろ
う。

〔課題を解決するための手段〕

本腰において開示される発明のうち１代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

（１）鏡体内のコールドＦＥ電子銃から試料室内に配置
される試料に電子ビームを照射する走査型電子顕微鏡に
おいて、前記電子銃の電子ビームの照射を制御する電子
ビーム発生回路と、前記電子銃から試料に向って照射さ
れる電子ビームの照射経路を間欠的に偏向するサンプリ
ング回路と、このサンプリング回路で間欠的に偏向され
た電子ビームのビーム電流量を検出する電子ビームセン
サと、前記電子銃にフラッシング動作を行うフラッシン
グ起動回路と、前記サンプリング回路を間欠的に起動し
、このサンプリング回路を起動した際に前記電子ビーム
センサで検出されるビーム電流の変化量をビーム電流の
フラッシング後の初期領域の変化量又はビーム電流の安
定領域での変化量に対して比較し、前記初期領域又は安
定領域の変化量に対して検出された変化量が正の場合に
、前記電子ビーム発生回路に電子ビームの照射を停止す
る信号を出力すると共に、前記フラッシング起動回路を
起動する自動フラッシング回路とを備える。

（２）１体内のコールドＦＥ電子銃から試料室内に配置
される試料に電子ビームを照射する走査型電子顕微鏡に
おいて、前記電子銃の電子ビームの照射を制御する電子
ビーム発生回路と、前記電子銃から試料に向って照射さ
れる電子ビームの照射経路を間欠的に偏向するサンプリ
ング回路と、このサンプリング回路で間欠的に偏向され
た電子ビームのビーム電流量を検出する電子ビームセン
サと、前記電子銃にフラッシング動作を行うフラッシン
グ起動回路と、このフラッシング起動回路の操作時期を
作業者に警告する警告手段と、前記サンプリング回路を
間欠的に起動し、このサンプリング回路を起動した際に
前記電子ビームセンサで検出されるビーム電流の変化量
をビーム電流のフラッシング後の初期領域の変化量又は
ビーム電流の安定領域での変化量に対して比較し、前記
初期領域又は安定領域の変化量に対して検出された変化
量が正の場合に、前記警告手段を起動する自動フラッシ
ング回路とを備える。

〔作　　用〕

上述した手段（１）によれば、前記コールドＦＥ電子銃
を有する走査型電子Ｍ微鏡において、電子ビームのビー
ム電流の変化量を間欠的に検出し、この検出されたビー
ム電流の変化量を前記初期領域又は安定領域の変化量と
比較し、検出されたビーム電流の変化量が正の場合（電
子ビームのビーム電流量が低下しかつ不安定な場合）に
、自動的に電子銃にフラッシングを行い、自動的に電子
ビームのビーム電流の変化量を前記初期領域又は安定領
域のビーム電流の変化量に近接できる。この結果、分解
性能を維持するメンテナンス（フラッシング動作）を定
期的にかつ自動的に行える。また、走査型電子顕微鏡の
操作を行う作業者の作業内容の省力化を図れると共に、
作業者の作業時間のサイクルに律則されることなく、そ
れに対して独立にメンテナンスが行える。また、前記作
業者がメンテナンスを忘れる等のメンテナンス不備を削
減できるので、常時、分解性能が維持された走査型電子
顕微鏡を使用できる。

上述した手段（２）によれば、前記コールドＦＥ電子銃
を有する走査型電子顕微鏡において、電子ビームのビー
ム電流の変化量を間欠的に検出し、この検出されたビー
ム電流の変化量を前記初期領域又は安定領域の変化量と
比較し、検出されたビーム電流の変化量が正の場合に、
自動的に作業者に警告しく知らせ）、この警告に基づい
て作業者が電子銃にフラッシングを行い（半自動的にフ
ラッシングを行い）、電子ビームのビーム電流の変化量
を前記初期領域又は安定領域のビーム電流の変化量に近
接できる。

以下、本発明の構成について、コールドＦＥ電子銃を内
蔵する走査型電子顕微鏡に本発明を適用した一実施例と
ともに説明する。

なお、実施例を説明するための全回において、同一機能
を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は
省略する。

〔発明の実施例〕

本発明の一実施例であるコールドＦＥ電子銃を内蔵する
走査型電子顕微鏡を第１図（概略構成図）で示す。

第１図に示すように、コールドＦＥ電子銃を内蔵する走
査型電子顕微鏡１は主に鏡体２及び試料室３で構成され
る。鏡体２には図示しない真空装置が連結され、鏡体２
内を真空状態に保持できる６鏡体２、試料室３の夫々は
開閉バルブ８を介在させて連結される。

前記鏡体２内にはコールドＦＥ電子銃（チップ）４が配
置される。この電子銃４はビーム発生回路１１で電子ビ
ームの照射及び停止が制御される。また、電子銃４はフ
ラッシング起動回路１２に接続される。フラッシング起
動回路１２は電子銃４の表面に経時的に吸着された鏡体
２内のガスを除去するフラッシング動作を制御する。

また、鏡体２内において、電子銃４から照射される電子
ビームのビーム経路９の途中には偏向コイル５が配置さ
れる。偏向コイル５は正規のビーム経路９からそれ以外
の経路（電子ビームセンサへの経路）に電子ビームを偏
向する。偏向コイル５はサンプリング回路１３で制御さ
れ、このサンプリング回路１３は電子ビームを間欠的に
偏向する。

前記偏向コイル５で偏向された電子ビームは電子ビーム
センサ７でそのビーム電流量が検出される。電子ビーム
センサ７は、基本的に電子ビームのビーム電流量を電気
的に検出できるものであればよく、例えばファラデーカ
ップ等で構成する。

電子ビームセンサ７は鏡体２内に配置される。

前記ビーム発生回路１１、フラッシング起動回路１２、
サンプリング回路１３の夫々は自動フラッシング回路１
０で制御される。自動フラッシング回路１０は、タイマ
ーが内蔵され、所定時間毎（例えば数分毎、数十分毎、
数時間毎）にサンプリング回路！３を起動する。また、
自動フラッシング回路１０は、前記電子ビームセンサ７
で検出されたビーム電流量を設定値と比較し、設定値を
越えている場合にはビーム発生回路１１を介して電子ビ
ームの照射を停止すると共に、フラッシング起動回路１
２を介して電子銃４にフラッシングを行う。

前記試料室３には試料６例えば半導体ウェーハが配置さ
れる。試料６の表面にはビーム経路９を通して前記電子
銃４からの電子ビームが照射される。試料６の表面に電
子ビーム（−次電子）が照射されると、試料６の表面か
ら二次電子が放出され、この二次電子は図示しない検出
センサで検出される。

次に、このように構成されるコールドＦＥ電子銃を内蔵
する走査型電子顕微鏡ｌの動作について、第１図及び第
２図（動作フロー図）を使用して、簡単に説明する。

まず、走査型電子顕微鏡１の稼働を開始しく２０〉、電
子銃４から電子ビームを試料６の表面に照射する。この
電子ビームの照射時間は自動フラッシング回路１０に内
蔵されたタイマでカウントされる。

次に、電子ビームの照射時間が所定のサンプリング時間
に達した際＜２！〉に、電子ビームが照射中であること
を確認しり２２〉、サンプリング回路１３を起動する（
２４＞、このサンプリング回路１３の起動は自動フラッ
シング回路１０で自動的に行われる。また、サンプリン
グ時間に達した際に、電子ビームの照射が停止されてい
る場合には、自動フラッシング回路１０でビーム発生回
路１１が起動され＜２３〉、電子ビームの照射が開始さ
れる。

前記サンプリング回路１３が起動されると、偏向コイル
５により電子ビームが偏向され、電子ビームセンサ７に
電子ビームが照射される〈２５〉。電子ビームセンサ７
では電子ビームのビーム電流量が検出される。このビー
ム電流量の検出が確認されると、自動フラッシング回路
ｌＯはサンプリング回路１３の動作を停止させる〈２６
〉。

次に、前記電子ビームセンサ７で検出されたビーム電流
量、所定の設定値の夫々が自動フラッシング回路１０で
比較される〈２７〉。第３図（電子ビームの照射時間に
対するビーム電流値の変化を示す図）に示すように、電
子銃４から照射される電子ビームはフラッシング後の初
期領域でのビーム電流の変化量が負となる。また、この
初期領域から約４〜１０時間は安定領域となり、電子ビ
ームのビーム電流の変化量が実質的に０となる。この安
定領域を越えると、電子ビームのビーム電流の変化量が
正となり、ビーム電流量が低下し或は不安定になる。し
たがって、自動フラッシング回路１０において、電子ビ
ームのビーム電流量は、フラッシング後の初期領域での
ビーム電流の変化量又は安定領域でのビーム電流の変化
量（所定の設定値）と比較される。

この電子ビームのビーム電流量を設定値と比較した結果
、設定値を越えない場合（初期領域又は安定領域にビー
ム電流の変化量が存在する場合）。

再度、自動フラッシング回路１０に内蔵されたタイマで
電子ビームの照射時間のカウントを行う。設定値を越え
た場合（ビーム電流の変化量が正の場合）、自動フラッ
シング回路１０からビーム発生回路１１に電子ビームの
照射を停止する信号を出力し、電子銃４からの電子ビー
ムの照射を停止する＜３０〉。

そして、この電子ビームの照射の停止を行った後、自動
フラッシング回路１０からフラッシング起動回路１２に
フラッシング動作を行う信号を出力し、電子銃４にフラ
ッシングを行う＜３１〉。このフラッシング動作は電子
ビームのビーム電流量の変化に基づき自動的にしかも定
期的に行われる。このフラッシング動作が終了すると、
このフラッシング動作の自動制御が終了する（３２）。

また、同第２図に示すように、電子ビームのビーム電流
量を自動フラッシング回路！０で比較判定した後、警告
するか否かを判定しく２８＞、ビーム電流量が設定値を
越えた場合に作業者に警告してもよい。この警告は、ア
ラーム、ブザ、ベル等の聴覚に訴える警告、或は点滅灯
等の視覚に訴える警告のいずれかで行う。これらの警告
を行う装置は走査型電子顕微鏡、その操作制御装置等に
備えればよい。前記警告が発せられた場合、作業者はフ
ラッシング起動回路１２を起動し、電子銃４にフラッシ
ングを行う、つまり、このフラッシング動作は、前記警
告までが自動的に行われ、これ以後は作業者の手動にて
行われる（半自動的に行われる）。

このように、鏡体２内のコールドＦＥ電子銃４から試料
室３内に配置される試料６に電子ビームを照射する走査
型電子顕微鏡ｌにおいて、前記電子銃４の電子ビームの
照射を制御する電子ビーム発生回路１１と、前記電子銃
４から試料６に向って照射される電子ビームの照射経路
を間欠的に偏向するサンプリング回路１３と、このサン
プリング回路１３で間欠的に偏向された電子ビームのビ
ーム電流量を検出する電子ビームセンサ７と、前記電子
銃４にフラッシング動作を行うフラッシング起動回路１
２と、前記サンプリング回路１３を間欠的に起動し、こ
のサンプリング回路１３を起動した際に前記電子ビーム
センサ７で検出されるビーム電流の変化量をビーム電流
のフラッシング後の初期領域の変化量又はビーム電流の
安定領域での変化量に対して比較し、前記初期領域又は
安定領域の変化量に対して検出された変化量が正の場合
に、前記電子ビーム発生回路１１に電子ビームの照射を
停止する信・号を出力すると共に、前記フラッシング起
動回路１２を起動する自動フラッシング回路１０とを備
える。この構成により、前記コールドＦＥ電子銃４を有
する走査型電子顕微鏡１において、電子ビームのビーム
電流の変化量を間欠的に検出し、この検出されたビーム
電流の変化量を前記初期領域又は安定領域の変化量と比
較し、検出されたビーム電流の変化量が正の場合（電子
ビームのビーム電流量が低下しかつ不安定な場合）に、
自動的に電子銃４にフラッシングを行い、自動的に電子
ビームのビーム電流の変化量を前記初期領域又は安定領
域のビーム電流の変化量に近接できる。この結果、分解
性能を維持するメンテナンス（フラッシング動作）を定
期的にかつ自動的に行える。

また、走査型電子顕微［１の操作を行う作業者の作業内
容の省力化を図れると共に、作業者の作業時間のサイク
ルに律則されることなく、それに対して独立にメンテナ
ンスが行える。また、前記作業者がメンテナンスを忘れ
る等のメンテナンス不備を削減できるので、常時、分解
性能が維持された走査型電子顕微［１を使用できる。

また、ｍ体２内のコールドＦＥ電子銃４がら試料室３内
に配置される試料６に電子ビームを照射する走査型電子
顕微１１において、前記電子銃４の電子ビームの照射を
制御する電子ビーム発生口Ｎｒｌｌと、前記電子銃４か
ら試料６に向って照射される電子ビームの照射経路を間
欠的に偏向するすンブリング回路１３と、このサンプリ
ング回路１３で間欠的に偏向された電子ビームのビーム
電流量を検出する電子ビームセンサ７と、前記電子銃４
にフラッシング動作を行うフラッシング起動回路１２と
、このフラッシング起動回路１２の操作時期を作業者に
警告する警告手段と、前記サンプリング回路１３を間欠
的に起動し、このサンプリング回路１３を起動した際に
前記電子ビームセンサ７で検出されるビーム電流の変化
量をビーム電流のフラッシング後の初期領域の変化量又
はビーム電流の安定領域での変化量に対して比較し、前
記初期領域又は安定領域の変化量に対して検出された変
化量が正の場合に、前記警告手段を起動する自動フラッ
シング回路１０とを備える。この構成により、前記コー
ルドＦＥ電子銃４を有する走査型電子顕微鏡１において
、電子ビームのビーム電流の変化量を間欠的に検出し、
この検出されたビーム電流の変化量を前記初期領域又は
安定領域の変化量と比較し、検出されたビーム電流の変
化量が正の場合に、自動的に作業者に警告しく知らせ）
、この警告に基づいて作業者が電子銃４にフラッシング
動作を行い（半自動的にフラッシングを行い）、電子ビ
ームのビーム電流の変化量を前記初期領域又は安定領域
のビーム電流の変化量に近接できる。

以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に
基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限
定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲にお
いて種々変更可能であることは勿論である。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。

コールドＦＥ電子銃を内蔵する走査型電子顕微鏡の分解
性能を向上できる。

また、前記走査型電子顕微鏡の作業者の負担を軽くでき
る。

また、前記作業者がフラッシング動作を忘れる等の人為
的なミスを低減できる６ また、前記走査型電子顕微鏡において、分解性能を維持
するメンテナンスを定期的にかつ自動的に行える。

また、前記走査型電子顕微鏡の操作を行う作業者の作業
内容の省力化を図れる。

また、前記走査型電子顕微鏡の作業者の作業時開のサイ
クルに律則されることなく、それに対して独立にメンテ
ナンスを行うことができる。

また、前記走査型電子顕微鏡の作業者がメンテナンスを
忘れる等のメンテナンス不備を削減し、常時１分解性能
を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例であるコールドＦＥ電子銃
を内蔵する走査型電子顕微鏡の概略構成図、 第２図は、前記走査型電子顕微鏡の動作フローを示す図
、 第３図は、前記走査型電子顕微鏡の電子ビームの照射時
間とビーム電流量との関係を示す図である。 図中、１・・・走査型電子顕１＃鏡、２・・・鏡体、８
・・・試料室、４・・・電子銃、５・・・偏向コイル、
６・・試料、７・・・電子ビームセンサ、１０・・・自
動フラッシング回路、１１・・電子ビーム発生回路、１
２・・・フラッシング起動回路、１３・・・サンプリン
グ回路である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、鏡体内のコールドフィールドエミッション型電子銃
   から試料室内に配置される試料に電子ビームを照射する
   走査型電子顕微鏡において、前記電子銃の電子ビームの
   照射を制御する電子ビーム発生回路と、前記電子銃から
   試料に向って照射される電子ビームの照射経路を間欠的
   に偏向するサンプリング回路と、このサンプリング回路
   で間欠的に偏向された電子ビームのビーム電流量を検出
   する電子ビームセンサと、前記電子銃にフラッシング動
   作を行うフラッシング起動回路と、前記サンプリング回
   路を間欠的に起動し、このサンプリング回路を起動した
   際に前記電子ビームセンサで検出されるビーム電流の変
   化量をビーム電流のフラッシング後の初期領域の変化量
   又はビーム電流の安定領域での変化量に対して比較し、
   前記初期領域又は安定領域の変化量に対して検出された
   変化量が正の場合に、前記電子ビーム発生回路に電子ビ
   ームの照射を停止する信号を出力すると共に、前記フラ
   ッシング起動回路を起動する自動フラッシング回路とを
   備えたことを特徴とする走査型電子顕微鏡。 ２、鏡体内のコールドフィールドエミッション型電子銃
   から試料室内に配置される試料に電子ビームを照射する
   走査型電子顕微鏡において、前記電子銃の電子ビームの
   照射を制御する電子ビーム発生回路と、前記電子銃から
   試料に向って照射される電子ビームの照射経路を間欠的
   に偏向するサンプリング回路と、このサンプリング回路
   で間欠的に偏向された電子ビームのビーム電流量を検出
   する電子ビームセンサと、前記電子銃にフラッシング動
   作を行うフラッシング起動回路と、このフラッシング起
   動回路の操作時期を作業者に警告する警告手段と、前記
   サンプリング回路を間欠的に起動し、このサンプリング
   回路を起動した際に前記電子ビームセンサで検出される
   ビーム電流の変化量をビーム電流のフラッシング後の初
   期領域の変化量又はビーム電流の安定領域での変化量に
   対して比較し、前記初期領域又は安定領域の変化量に対
   して検出された変化量が正の場合に、前記警告手段を起
   動する自動フラッシング回路とを備えたことを特徴とす
   る走査型電子顕微鏡。