JPH05242848A - 表面検査方法および表面検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】電子銃５から大電流の電子線４が試料３に向け
て照射される。試料３からの二次電子または反射電子は
検出器７，８で検出され、これらの出力に基づいて表示
装置９に試料３の検査表面３ａの形状が表示される。検
査表面３ａの付着物は、クリーニング用眼１１からのＡ
ｒイオンビームによりスパッタされて除去される。この
ようにして洗浄された検査表面３ａは、ヒータ１０によ
り約１００〜３００℃の温度に保たれ、雰囲気中のガス
の分解物の付着が防がれる。 【効果】大電流の電子線４を用いつつ、試料３の表面を
清浄に保った状態で観測できるので、信号対雑音比が向
上され、緩やかな断面形状の欠陥部１４の観測も良好に
行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガラス、金属、セラミ
ックおよびプラスチックなどの固体の表面の検査を行う
ための表面検査方法および表面検査装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ガラスや金属などの固体の表
面を、この表面に損傷を与えることなく検査する場合
に、走査電子顕微鏡が広く用いられている。また、最近
では、走査電子顕微鏡を用いて、固体表面の凹凸の状態
を定量的に測定する技術が提案されており、このような
技術はたとえば「“ＳＥＭによる表面微細形状の計
測”，日本学術振興会荷電粒子ビームの工業への応用第
１３２委員会第９４回研究会資料」などに示されてい
る。この文献には、試料表面に電子線を照射した場合
に、二次電子放出強度が電子線の入射角度の増大ととも
に単調に増加することを利用して、一対の二次電子検出
器により試料からの二次電子を検出し、各検出器の出力
に所定の演算を施すことにより、試料表面の凹凸を観測
できるようにした技術が開示されている。

【０００３】この技術を適用すれば、二次電子を用いて
いるので反射電子の検出による場合に比較して高い分解
能を得ることができるとともに、数１０倍から数万倍の
広い倍率の範囲に渡って拡大観察を行うことができ、試
料表面に生じているかも知れない欠陥部（突起物や穴ま
たは付着物）の形状を観察し、その大きさを測定するこ
とができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の表面検査技術を
適用すると、μｍ程度の微小な欠陥部をも充分に拡大し
て良好に観察することができる。しかし、欠陥部の断面
形状が緩やかな場合、すなわち欠陥部の試料表面に沿う
方向の大きさに対して試料表面に交差する方向の大きさ
（欠陥部が穴状のものであるときには深さ）が相対的に
小さい場合には、二次電子検出器の出力に演算を施して
得られる画像には、正常部と欠陥部との間に明確なコン
トラストが現れない。このため、断面形状が緩やかな欠
陥部に関しては、その観察を良好に行うことができない
という問題があった。これは、次のような理由による。

【０００５】すなわち、画像のコントラストは電子線照
射により発生する二次電子の強度の面内分布に対応する
のであるが、二次電子の強度は電子線の試料表面への入
射角度に依存するため、緩やかな傾斜面を有する欠陥部
を走査したときと、この欠陥部周辺の平坦部分を走査し
たときとでは、二次電子検出器の出力信号強度差が非常
に少なくなる。この結果、二次電子検出器の出力に基づ
いて作成される画像は、欠陥部とその周辺の平坦部分と
の間のコントラストが微小な画像となってしまうのであ
る。

【０００６】この不具合を解決するための１つの方法
は、検査表面に大電流の電子線を照射して信号強度を大
きくし、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）を向上することであ
る。しかしながら、このように大電流の電子線を用いた
場合には、試料表面に付着していたわずかな汚れが電子
線により分解され、分解物が試料表面に付着・堆積す
る。この試料表面の汚損により良好な画像を得ることが
できなくなり、表面の検査が困難になってしまう。

【０００７】そこで、本発明の目的は、上述の技術的課
題を解決し、緩やかな断面形状の欠陥部をも良好に観測
することができるようにした表面検査方法および表面検
査装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段および作用】上記の目的を
達成するための本発明の表面検査方法は、試料の表面に
向けて電子線を照射し、試料からの電子を検出すること
より試料の表面の形状を観測する表面検査方法であっ
て、上記試料の表面をエッチングまたは加熱して洗浄
し、上記洗浄後の試料の表面を所定の温度に保持した状
態で、上記電子線の照射を行って試料の表面を観測する
ことを特徴とする。

【０００９】このような方法によれば、電子線電流を大
きくした場合に、試料の表面の汚れが分解され、この分
解物が試料の表面に付着・堆積しても、試料の表面をエ
ッチングしたり試料を高温に加熱したりすることで、上
記分解物が試料表面から除去される。この後さらに、試
料の表面を所定の温度に保持することにより、試料の雰
囲気中のガスの分解物が付着することが防がれ、このよ
うな状態では、長時間に渡って試料の表面を清浄に保ち
つつ、大電流の電子線を用いた観測を良好に行うことが
できる。このようにして、大電流の電子線を試料に照射
して観測を行うことができるので、試料の表面からの電
子の検出により得られる信号の強度を大きくとることが
できる。この結果、高い信号対雑音比が達成されるの
で、緩やかな断面形状を有する欠陥部の観測をも良好に
行うことができる。

【００１０】請求項２記載の表面検査装置は、試料の表
面に向けて電子線を照射し、試料からの電子を検出する
ことにより試料の表面の形状を観測する走査電子顕微鏡
と、上記試料の表面に向けて加速した粒子を照射して上
記試料の表面を洗浄する粒子照射手段と、上記洗浄後の
試料の表面を所定の温度に保持する加熱手段とを含むこ
とを特徴とする。

【００１１】この装置では、試料の表面の洗浄が、試料
の表面に加速粒子を照射し、この加速粒子によって試料
の表面をエッチングすることによって行われる。また、
請求項３記載の表面検査装置は、試料の表面に向けて電
子線を照射し、試料からの電子を検出することにより試
料の表面の形状を観測する走査電子顕微鏡と、上記試料
を加熱して試料の表面の付着物をガス化させて試料の表
面を洗浄する第１の加熱手段と、上記洗浄後の試料の表
面を所定の温度に保持する第２の加熱手段とを含むこと
を特徴とする。

【００１２】この装置では、試料の表面の洗浄が、第１
の加熱手段により試料を高温に加熱することにより行わ
れる。このような試料の加熱により、試料表面の付着物
がガス化して散逸する。

【００１３】

【実施例】以下実施例を示す添付図面によって詳細に説
明する。図１は、本発明の一実施例の表面検査方法を実
施するための表面検査装置の基本的な構成を示す概念図
である。真空ポンプ１により減圧されたチャンバ２内
に、表面の検査を行うべき試料３が配置されている。こ
の試料３に対向する位置には、この試料３の表面に向け
て電子線４を照射する電子銃５が設けられている。６
は、電子銃５から発生した電子を試料３の検査表面３ａ
に収束させるための電磁レンズである。検査表面３ａか
らの二次電子または反射電子は試料３に対向する位置に
設けた一対の検出器７，８で検出される。検出器７，８
の出力信号は、ＣＲＴなどの表示装置９に与えられ、適
当な信号処理の後に検査表面３ａの形状を表す画像が表
示面に形成される。上記電子銃５および検出器７，８を
含んで走査電子顕微鏡１３が構成されている。

【００１４】試料３に関連して、たとえば試料３を加熱
するための加熱手段であるヒータ１０が配置されてい
る。さらに、試料３の検査表面３ａ側には、Ａｒイオン
ビームを検査表面３ａに照射して、この検査表面３ａを
エッチングすることにより洗浄する粒子照射手段である
クリーニング用ガン１１が配設されている。また、チャ
ンバ２には検査表面３ａを観察するための光学顕微鏡１
２が取り付けられている。この光学顕微鏡１２は、検査
表面３ａにおける欠陥部１４の位置を大まかに特定する
ために用いられる。

【００１５】試料３の検査表面３ａの観察に当たって
は、電子銃５から発生される電子線４の電流が１ｎＡ〜
０．１μＡ程度の高い値とされる。この入射電子線の電
流は、通常の電子顕微鏡による試料表面の観察では、１
０ｐＡ〜１ｎＡの範囲の値とされるものである。本実施
例では、電子線５から大電流の電子線を試料３の検査表
面３ａに照射することにより、検出器７，８で検出され
る二次電子または反射電子の強度を高くして、信号対雑
音比（Ｓ／Ｎ比）の向上が図られている。

【００１６】一方、大電流の電子線を試料３に照射する
ことにより、検査表面３ではわずかな汚れが電子線によ
り分解され、分解物が検査表面３ａに付着・堆積して検
査表面３が汚損する虞がある。しかし、本実施例では、
検査表面３ａをクリーニング用ガン１１からのＡｒイオ
ンビームの照射により洗浄することができるようになっ
ている。すなわち、Ａｒイオンビームの照射によって、
検査表面３の付着物がスパッタリングされて除去され、
このようにして検査表面３ａの洗浄が達成される。さら
に、本実施例では、洗浄後の検査表面３ａは、ヒータ１
０によって約１００℃〜３００℃程度の温度に保持され
る。このように試料３の検査表面３ａを比較的高温に保
持することによって、真空引きされたチャンバ２内の残
留ガスが分解して検査表面３ａに付着・堆積することを
良好に抑制することができる。なお、試料３が設置され
ている雰囲気の真空度が低いと、残留ガスによる検査表
面３ａの汚損が顕著になるから、これを防ぐためチャン
バ２内の真空度は１×１０^-7Torr以下とされることが好
ましい。

【００１７】このようにして、たとえ大電流の電子線４
の検査表面３ａへの照射によって試料３ａが汚損したと
しても、検査表面３ａを速やかに洗浄することができ、
洗浄後の検査表面３ａは、大電流の電子線４を照射して
も、長時間に渡って清浄な状態に保つことができる。こ
のため、洗浄後の検査表面３ａに大電流の電子線４を照
射しても検査表面３ａが直ちに汚損されることはなく、
観測に必要な充分に長い時間に渡って清浄な状態に保つ
ことができる。この結果、検出器８，９からの高い信号
強度の出力信号に基づいて良好な画像を表示装置９に形
成させ、検査表面３ａの形状を良好に観測することがで
きる。

【００１８】なお、光学顕微鏡１２は、観察倍率が走査
電子顕微鏡１３ほど高くはならないが、ゆるやかな断面
形状の欠陥部については走査電子顕微鏡１３よりも良好
なコントラストが得られる。したがって、この光学顕微
鏡１２によるおおまかな観察により欠陥部１４の位置を
見出し、さらに走査電子顕微鏡１３によって欠陥部１４
の詳細な観察が行われることが好ましい。

【００１９】次に本発明の他の実施例について説明す
る。上記の実施例では、試料３の検査表面３ａの洗浄
が、Ａｒイオンビームの照射により行われたが、本実施
例ではヒータ１０で試料３を高温（たとえば約１０００
℃）に加熱することよって、検査表面３ａの洗浄が行わ
れる。すなわち、検査表面３ａを高温に加熱することに
より、検査表面３ａの付着物がガス化して散逸し、これ
により検査表面３ａの清浄化が達成されるのである。

【００２０】洗浄後の検査表面３ａは、ヒータ１０から
の熱によりたとえば約１００〜３００℃に保持され、こ
れにより洗浄後の検査表面３ａに試料３の雰囲気中の残
留ガスの分解物が付着することが防がれる。このように
本実施例では、ヒータ１０は第１の加熱手段および第２
の加熱手段として機能する。このようにして本実施例で
も、上記の第１実施例の場合とほぼ同等の作用および効
果が達成できる。

【００２１】なお、本発明は上記の各実施例に限定され
るものではない。たとえば、上記の各実施例では、試料
３の加熱がヒータ１０により行われているが、試料３の
加熱は試料３に直接通電することにより行われてもよ
く、また電子線照射により行われてもよい。また、上記
の第１の実施例において、試料３の検査表面３ａの洗浄
はＡｒイオンビームの照射により行われたが、この検査
表面３ａの洗浄は、Ａｒ以外のＸｅやＮｅなどの他の不
活性ガスイオンやＯ₂ ガスイオンなどの荷電粒子の照射
により行われてもよい。また、加速イオンを中性化して
検査表面３ａに照射するようにしてもよい。

【００２２】その他、本発明の要旨を変更しない範囲
で、種々の変更を施すことが可能である。本件発明者の
試験例を以下に示す。 〔試験例１〕ＧａＡｓ基板表面に存在する欠陥部を観察
した。欠陥部は、基板表面に沿う方向の大きさが１０μ
ｍで、基板表面に交差する方向の深さが５００Åの穴状
のものである。この欠陥部のスケッチを図２に示す。図
２(a) は平面図であり、図２(b) は図２(a) の切断面線
II−IIから見た断面図である。

【００２３】図３は観察結果を示す電子顕微鏡写真であ
る。電子線の加速電圧は１０ｋＶとし、入射電流は５０
ｎＡとした。また、観察は、２ｋＶに加速したＡｒイオ
ンビームにより検査表面の汚染層を約２５Å除去した後
に行った。一方、図４は検査表面の洗浄や基板の加熱保
持を行わずに、電子線の加速電圧および入射電流を上記
と同様の条件として観測したときの電子顕微鏡写真であ
る。この場合には、約１分間観察しただけで、検査表面
に汚れによると思われる暗いコントラストが発生し、良
好な画像が得られなくなった。

【００２４】上記の図３と図４との比較により、本実施
例によれば、緩やかな断面形状の欠陥部の観測が、画像
を良好に保った状態で達成されることが理解される。 〔試験例２〕Ｓｉ基板表面に存在する欠陥部を観察し
た。欠陥部は基板表面に平行な方向の大きさが５μｍ
で、基板表面に交差する方向の深さが０．１μｍの穴状
のものであった。

【００２５】試料に直接通電して約１０００℃に加熱
し、これにより検査表面の付着物を除去した。その後、
電子線の加速電圧を１０ｋＶとし、電流値を５０ｎＡと
して観察を行ったところ、良好な画像が得られた。 〔試験例３〕ＧａＡｓ基板表面に存在する欠陥部を観察
した。欠陥部は基板表面に平行な方向の大きさが１０μ
ｍ、基板表面に交差する方向の深さが０．１μｍの穴状
のものであった。

【００２６】試料を真空チャンバに導入した後、光学顕
微鏡で観察しながら試料を微動させて欠陥部を電子線照
射位置まで移動させ、検査位置の粗調整を行った。この
後、電子線の加速電圧１０ｋＶ、電流値５０ｎＡで欠陥
部を観察したところ、欠陥部を容易に捜し出すことがで
きた。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明の表面検査方法およ
び表面検査装置によれば、試料の表面を清浄な状態に保
ちつつ、大電流の電子線を用いて試料の表面の観察を行
うことができる。これにより、試料の表面からの電子の
検出により得られる信号強度が大きくなるので、緩やか
な断面形状の欠陥部の観察をも良好に行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の表面検査方法を実施するた
めの表面検査装置の基本的な構成を示す概念図である。

【図２】本件発明者による試験例において観察された欠
陥部の形状を示す図である。

【図３】本件発明者による試験例において観察されたＧ
ａＡｓ基板表面の欠陥部の電子顕微鏡写真である。

【図４】本件発明者が基板表面の洗浄や基板の加熱保持
を行わずに大電流の電子線を用いてＧａＡｓ基板表面の
欠陥部を観察したときの観察結果を示す電子顕微鏡写真
である。

【符号の説明】

３ 試料 ３ａ 検査表面 ４ 電子線 ５ 電子銃 ７ 検出器 ８ 検出器 １０ ヒータ（加熱手段、第１の加熱手段、第２の加熱
手段） １１ クリーニング用ガン（粒子照射手段） １２ 光学顕微鏡 １３ 走査電子顕微鏡 １４ 欠陥部

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【手続補正書】

【提出日】平成５年２月１７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】本件発明者による試験例において観察されたＧ
ａＡｓ基板表面の欠陥部の電子顕微鏡写真（基板上に形
成された微細なパターンを表しているもの）である。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】本件発明者が基板表面の洗浄や基板の加熱保持
を行わずに大電流の電子線を用いてＧａＡｓ基板表面の
欠陥部を観察したときの観察結果を示す電子顕微鏡写真
（基板上に形成された微細なパターンを表しているも
の）である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試料の表面に向けて電子線を照射し、試料
   からの電子を検出することより試料の表面の形状を観測
   する表面検査方法であって、 上記試料の表面をエッチングまたは加熱して洗浄し、 上記洗浄後の試料の表面を所定の温度に保持した状態
   で、上記電子線の照射を行って試料の表面を観測するこ
   とを特徴とする表面検査方法。
2. 【請求項２】試料の表面に向けて電子線を照射し、試料
   からの電子を検出することにより試料の表面の形状を観
   測する走査電子顕微鏡と、 上記試料の表面に向けて加速した粒子を照射して上記試
   料の表面を洗浄する粒子照射手段と、 上記洗浄後の試料の表面を所定の温度に保持する加熱手
   段とを含むことを特徴とする表面検査装置。
3. 【請求項３】試料の表面に向けて電子線を照射し、試料
   からの電子を検出することにより試料の表面の形状を観
   測する走査電子顕微鏡と、 上記試料を加熱して試料の表面の付着物をガス化させて
   試料の表面を洗浄する第１の加熱手段と、 上記洗浄後の試料の表面を所定の温度に保持する第２の
   加熱手段とを含むことを特徴とする表面検査装置。