(57)【要約】【目的】本発明は、電子線を真空室内に配置した試料に照射し放出あるいは吸収あるいは透過する電子あるいは２次電子あるいは光をもとに画像を生成する際に、温度変化を与えることなく汚染を防止する電子顕微鏡に関し、真空内に配置された試料に対向してゲッター面を設け、必要に応じて新規なゲッター面に切り替えるあるいは再生成することで、試料に対する温度変化を与えずに残留ガス分子による汚染を低減することを目的とする。【構成】  真空室内に配置した試料の面に対向して設けたゲッター面と、ゲッター面について、必要に応じて、ゲッター面に新たなゲッター膜を生成する、あるいは他のゲッター面に新たなゲッター面を生成して置換する機構とを有する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線を真空室内に配置した試料に照射し放出あるいは吸収あるいは透過する電子あるいは２次電子あるいは光をもとに画像を生成する電子顕微鏡において、
真空室内に配置した前記試料の面に対向して設けたゲッター面と、
前記ゲッター面について、必要に応じて、当該ゲッター面に新たなゲッター膜を生成する、あるいは他のゲッター面に新たなゲッター面を生成して置換する機構と
を備え、前記試料に対向した前記ゲッター面で残留ガス分子を吸着して当該試料に対する汚染を低減することを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項２】
前記試料に対向したゲッター面をベルト状に形成し、移動させて元のゲッター面上に新たなゲッター面を形成した後に元の位置に戻す、あるいは新たに形成したゲッター面を移動させて置換することを特徴とする請求項１記載の電子顕微鏡。
【請求項３】
前記試料に対向したゲッター面を回転式に形成し、回転させて元のゲッター面上に新たなゲッター面を形成した後に元の位置に戻す、あるいは新たに形成したゲッター面を回転させて置換することを特徴とする請求項１記載の電子顕微鏡。
【請求項４】
前記試料に対向したゲッター面を面内で移動式に形成し、移動させて元のゲッター面上に新たなゲッター面を形成した後に元の位置に戻す、あるいは新たに形成したゲッター面を移動させて置換することを特徴とする請求項１記載の電子顕微鏡。
【請求項５】
前記試料に対向したゲッター面を複数の帯状に分割して各帯状の部分の形状を平板あるいは円あるいは楕円あるいは多角形として回転式に形成し、回転させて元のゲッター面上に新たなゲッター面を形成した後に元の位置に戻す、あるいは新たに形成したゲッター面を回転させて置換することを特徴とする請求項１記載の電子顕微鏡。
【請求項６】
電子線を真空室内に配置した試料に照射し放出あるいは吸収あるいは透過する電子あるいは２次電子あるいは光をもとに画像を生成する電子顕微鏡において、
真空室内に配置した前記試料の面に対向して設けたゲッター面と、
前記試料を搭載して移動させるステージ上にあるいはステージに連結し、必要に応じて当該ステージを移動させて上記ゲッター面に対向する位置に位置付けた状態で新たなゲッター膜を生成するゲッター機構と
を備え、前記試料に対向した前記ゲッター面で残留ガス分子を吸着して当該試料に対する汚染を低減することを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項７】
前記ゲッター面の形成は、ゲッター材を当該ゲッター面に蒸着あるいはスパッタして形成したことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の電子顕微鏡。
【請求項８】
前記ゲッター面を平坦な形状、あるいは帯状に上下に折り曲げた形状あるいは表面に凹凸を設けて表面積を増大させた形状としたことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子線を真空室内に配置した試料に照射し放出あるいは吸収あるいは透過する電子あるいは２次電子あるいは光をもとに画像を生成する際に、温度変化を与えずに汚染を防止する電子顕微鏡に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等で生成した電子画像による測定法は0.5um以下の微小寸法の測定に不可欠のものになっている。この方法は電子ビームにより測定対象表面上を走査し、発生する二次電子（あるいは反射電子など）を検出して、これを画像装置の入力信号として画像データ（あるいは信号強度分布データ）を得て、この画像データから目的対象の寸法を求める。
【０００３】
この際、電子ビームで試料上を平面走査して画像を得るとき、電子ビーム照射によって生ずる試料の汚染が問題となる。 汚染は試料の近傍の残留ガス分子が電子ビームによって付着するものであって、汚染を低減するためには装置内に残留するガス分子を低減する必要がある。残留ガス分子の低減は、真空排気系の能率を高め、真空室内を清浄化して蒸発ガス分子を低減することなどで実現している。それでも実際にはいろいろな制限があって理想的な汚染ゼロを実現するのは困難である。
【０００４】
また、真空内の残留ガス分子は冷却面にトラップされ易い。 そこで真空室内に冷却面を作り、最終的に残っているガス分子を冷却面にトラップさせ、試料に対する電子ビームによる汚染を低減することが行われている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した冷却面により試料の電子ビーム照射による汚染は低減されるが、試料に対する反作用も生ずる。冷却面は試料に近い方が効果的であるので、試料に近接して設置されるが、その代わり試料の温度も下がる。試料の寸法が縮小し、測定の高精度化が要求されるとこのような試料の温度変化は致命的である。
【０００６】
例えば試料の代表例としてシリコン基板と石英基板を取り上げる。それぞれの線膨張係数は、室温付近で2.6x10-6と0.5x10-6である。試料の大きさを200mmとしその半分の100mmが1℃の変化によりそれぞれ、260nmと500nm変化することになる。ここで、装置にとって試料上での総合的な位置決め精度は100nm以下が望ましいと考えると、試料の温度変化は0.2°Ｃ以下であることが必要となる。
【０００７】
したがって前述の冷却面を試料の近傍に配置してこれに残留ガス分子を吸着させる汚染低減法は重大な問題があり、使用できないという問題がある。
【０００８】
そこて、試料に対する温度変化を与えずに残留ガス分子による汚染を低減することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、これらの問題を解決するため、真空内に配置された試料に対向してゲッター面を設け、必要に応じて新規なゲッター面に切り替えたり、再生成したりするようにしている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、真空内に配置された試料に対向してゲッター面を設け、必要に応じて新規なゲッター面に切り替えるあるいは再生成することで、試料に対する温度変化を与えずに残留ガス分子による汚染を低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、真空内に配置された試料に対向してゲッター面を設け、必要に応じて新規なゲッター面に切り替えるあるいは再生成することで、試料に対する温度変化を与えずに残留ガス分子による汚染を低減することを実現した。以下、走査型電子顕微鏡を例に詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施例構造図（その１）を示す。
図１において、蒸着源１は、ゲッター材（例えばＴｉ金属）を蒸発させて移動ベルト２の面にゲッター面７を生成するためのものであって、ゲッター材を加熱して蒸着（あるいはスパッタで蒸着）させるものである。例えばタングステン線にゲッター材であるＴｉ線あるいはＴｉの薄い板を巻きつけ、当該タングステン線に低電圧の電流を流して加熱し当該Ｔｉを溶融して蒸発させるものである。
【００１３】
移動ベルト２は，試料５に対向して配置したゲッター面７による残留ガス分子の吸着作用が低下したときに、図で上側の面に蒸着源１から蒸発させたＴｉ膜を形成して新たなゲッター面７を形成した後、当該移動ベルト２を回転させて移動させ、現在のゲッター面７と置換して新たに生成したゲッター面７を試料５に対向させるためのものである。
【００１４】
遮蔽箱３は、蒸着源１を覆う箱であって、蒸着源１から移動ベルト２上のゲッター面７以外の部分にＴｉなどが蒸着しないように覆う箱である。
【００１５】
駆動軸４は、移動ベルト２を移動させるための駆動軸であって、図示外の駆動機能に接続して移動ベルト２を移動させるためのものである。
【００１６】
試料５は、電子ビームを照射しつつ走査して放出された２次電子などを検出し、拡大画像（ＳＥＭ像）を表示させる対象の試料（例えばウェハ）である。
【００１７】
ステージ６は、試料５を搭載してＸ方向、Ｙ方向などの任意の位置に移動させる機構である。
【００１８】
ゲッター面７は、試料５に対向して設けたゲッター面であって、残留ガス分子を吸着し、試料５に汚染が生じないようにするためのものであり、活性化された膜（例えば蒸着直後の活性化されたＴｉ膜）である。
【００１９】
以上の構成で試料５に対向してゲッター面７を設けたことにより、試料５に温度変化を与えることなく、試料５への周囲空間の残留ガス分子が到達することを低減し、当該試料５への汚染（コンタミネーション）を大幅に低減することが可能となる。そして、試料５に対向するゲッター面７に残留ガス分子が吸着していわゆるポンプ作用が低減したときは、蒸着源１から移動ベルト２にＴｉなどを蒸着して新たなゲッター面７を生成した後、移動ベルト２を移動・回転させて試料５に対向する位置に移動させて新と旧のゲッター面７を置換し、常に活性の高いゲッター面７を当該試料５に対向させることが可能となる。以下順次詳細に説明する。
【００２０】
図２は、本発明の実施例構造図（その２）を示す。これは、図１の構造を、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）に応用した例を示す。
【００２１】
図２において、鏡筒１１は、電子線を発生させて細く絞った電子線ビームを試料５に照射しつつ平面走査するための各種機構を収めたものである。
【００２２】
対物レンズ１２は、電子線を細く絞って試料５に照射するためのものである。
試料室８は、ステージ６に搭載した試料５を収納する、高真空の部屋である。
【００２３】
以上のように、ＳＥＭの試料５に対向して本願発明のゲッター面７を設けることにより、試料５に電子ビームを平面走査してそのときに放出される２次電子を検出して表示する、当該試料５の拡大されたＳＥＭ像を観察時（あるいはパターンの測長時など）に、試料５に入射しようとする試料室８内の残留ガス分子がゲッター面７に吸着して試料５に入射する確率を低下させ、しかも、試料５に温度変化を与えることなく、汚染を大幅に低減することが可能となる。
【００２４】
図３は、本発明のベルト式ゲッター面の例を示す。これは、既述した図１、図２のベルト式のゲッター面７を持つ機構の詳細図を示す。
【００２５】
図３の（ａ）および（ｂ）は、ベルトに電子線ビームの通過する穴１４を設けた例を示す。図３の（ａ）は正面図を示し、図３の（ｂ）は図３の（ａ）のベルト式ゲッター面を上から見た図を示す。ベルト式のゲッター面７の中央の孔４は、電子線ビームが通過したり、当該電子線ビームが試料５を平面照射して発生した２次電子が上方向に正電圧で吸引させて通過して検出するための孔である。図示のゲッター面７は、吸着作用が低下すると、当該現在のゲッター面７と反対側のベルトの部分に図示外の機構で、ゲッター材を蒸着して新たなゲッター面７を形成し、現在の古いゲッター面７と回転・移動させて置換し、試料５に対向したゲッター面７を常に吸着作用を保持するようにしている。
【００２６】
図３の（ｃ）および（ｄ）は、鏡筒１１の横に遮蔽箱３で囲んだゲッタフィラメント１５を設け、当該ゲッタフィラメント１５に通電して加熱し、当該ゲッタフィラメント１５に巻きつけてあるゲッター材（例えばＴｉ板、線）を溶融して蒸発させ、ベルト上に蒸着させて新たなゲッター面７を生成し、この生成した新たなゲッター面７を、試料５に対向している現在の古いゲッター面７とを移動・回転させて置換する。ここで、ベルトは、図４の（ｄ）に示すように、電子線ビームおよび２次電子が通過する部分にスリット１６を設けてこれらが通過可能にしている。
【００２７】
次に、図４のフローチャートの順番に従い、図１から図３の構造のもとで、装置の立ち上げ時の動作を詳細に説明する。  
【００２８】
図４は、本発明の立ち上げのフローチャートを示す。
図４において、Ｓ１は、真空排気する。これは、例えば図２に構成されるＳＥＭの試料室８、鏡筒１１などを真空排気（例えば１０−６Ｔｏｒｒ以下に真空排気）する。
【００２９】
Ｓ２は、ゲッター材を蒸発させる。これは、Ｓ１で真空排気された状態で、例えば図３の（ｃ）のゲッタフィラメント１５に通電加熱して当該ゲッタフィラメント１５に巻きつけられているゲッター材（Ｔｉなど）を溶解、蒸発させ、移動ベルト２の面に蒸着してゲッター面７を生成する。
【００３０】
Ｓ３は、ゲッター面を移動（回転）して試料面に対向させる。これは、Ｓ２で生成した例えば図３の（ｃ）の移動ベルト２上に生成したゲッター材を蒸着したゲッター面７を、移動あるいは回転させて試料５がロードされる面に対向させる。
【００３１】
Ｓ４は、試料のロードを行う。これは、試料５を図示外の予備排気室経由で、大気中から試料５を真空排気した後に当該予備排気室の扉を開いて試料室８のステージ６上の試料５の場所にロード（装着）する。
【００３２】
Ｓ５は、測定する。これは、Ｓ４で試料５をステージ６の所定位置に装着した後、電子線ビームを発生させて当該試料５に平面走査し、そのときに放出される２次電子を検出して当該試料５の拡大された画像を表示装置上に表示すると共に、指定された試料５の位置（パターン）の幅などの測定を開始する。この際、試料室８内の残留ガス分子は、試料５に対向して配置したゲッター面７で吸着され、試料５の観察（測定）場所にはほとんど到達しなく、当該場所への汚染（コンタミネーション）の発生を極めて小さくすることが可能となる。この際、ゲッター面７は常温であり、従来の汚染防止装置である液体窒素冷却（約ー１２０°Ｃ以下）のフィンの場合に発生する当該試料５との間の輻射熱で温度が低下（例えば０．２°Ｃ低下）するという事態を解消することが可能となった。
【００３３】
次に、図５のフローチャートの順番に従い、図１から図３の構造のもとで、装置の通常使用時の動作を詳細に説明する。  
【００３４】
図５は、本発明の通常使用時のフローチャートを示す。
図５において、Ｓ１１は、試料のロードする。これは、既述した図４で立ち上げた装置（例えばＳＥＭ装置）で、試料４のロード（再ロード）を行う。
【００３５】
Ｓ１２は、測定する。これは、再ロードした試料５に、電子ビームを平面走査してそのときに放出された２次電子を検出して生成した拡大された画像を表示し、画像中の指定されたパターンの幅などを測定する。
【００３６】
Ｓ１３は、試料のアンロードする。これは、Ｓ１２で測定の終了した試料５をアンロードする（外部に取り出す）。
【００３７】
Ｓ１４は、所定の時間（あるいは回数）を越えたか判別する。これは、図４で最初にゲッター材を蒸発させてゲッター面７を形成して試料５に対向した配置した後、所定時間あるいは試料５のロードとアンロードの回数が所定回数を越えて、ゲッター面７による吸着作用が低下したと予想されるか判別する（所定時間、所定回数は実験によって決める）。ＹＥＳの場合には、所定時間（あるいは所定回数）を越えて、ゲッター面７の吸着作用が低下したと判明したので、Ｓ１５に進む。ＮＯの場合には、Ｓ１１に戻り繰り替えす。
【００３８】
Ｓ１５は、Ｓ１４のＹＥＳでゲッター面７の置換時期にきたと判明したので、ゲッター材の蒸発を行う。これにより、新たなゲッター面７を生成する。
【００３９】
Ｓ１６は、ゲッター面を移動（回転）による置換を行う。これは、Ｓ１５で生成した新たなゲッター面と、現在の古いゲッター面とを移動、回転させて置換し、試料５に対向する位置に新たなゲッター面７を配置する。そして、Ｓ１１に戻り繰り返す。
【００４０】
以上によって、所定時間経過あるいは試料５のロード・アンロードの回数が所定回数越えたときにゲッター面７の吸着作用が低下したと判断し、新たなゲッター面を作成して置換し、常に吸着作用の十分あるゲッター面７を試料５に対向させて当該試料５への汚染を、温度変化なしに大幅に低減することが可能となる。
【００４１】
図６は、本発明の回転式ゲッター面の例を示す。
図６の（ａ）は、詳細構造図を示す。これは、回転軸２１を中心に設けた回転板２２の、一方にステージ６に装着した試料５に対向させてゲッター面７を設け、他方に遮蔽箱３に対向して新たに生成するゲッター面７の部分を設けた例を示す。
【００４２】
図６の（ｂ）は、ＳＥＭに取り付けた例を示す。ここでは、鏡筒１１の下部に設けた対物レンズ１２の中心孔から放出される電子線ビームを試料５に照射しつつ平面走査し、放出された２次電子を検出して拡大した画像を表示する。ここで、試料５に対向した部分にゲッター面７を配置して残留ガス分子を吸着し、試料５への残留ガス分子の到達を低減して汚染を防止することが可能となる。この際、試料５に対向したゲッター面７が所定時間あるいは所定回数を越えて吸着能力が低下した場合には、遮蔽箱３内のゲッタフィラメント１５を通電加熱して巻かれているゲッター材を溶融・蒸発させて回転板２２の対向する部分に新たなゲッター面７を生成した後、回転板２２を回転させて、新たなゲッター面７を試料５の対向する位置に移動させて吸着能力を再生することが可能となる。
【００４３】
尚、回転板２２の一方に試料５に対向したゲッター面７を設け、他方（１８０°の方向）に新たなゲッター面７を生成、即ち、２分割したが３分割、４分割などの任意に分割するようにしてもよい。
【００４４】
図７は、本発明の移動式ゲッター面の例を示す。
図７の（ａ）は、ＳＥＭに、移動式のゲッター面を取り付けた例を示す。この場合には、使用時は、ゲッター面７を試料５に対向づけて配置し、新たなゲッター面７を生成（再生）する時には、遮蔽箱３に対向した位置にここでは、右方向に移動させてゲッタフィラメント１５に通電加熱してゲッター材を溶融、蒸発させて新たなゲッター面７を生成する。そして、左側に移動させて当該新たに生成（再生）したゲッター面７を試料５に対向させて配置し、試料５への残留ガス分子の到達を防いで汚染を防止することが可能となる。
【００４５】
図７の（ｂ）は、ゲッター面７を生成する平板（あるいはベルト）に孔１４を開けた例を示す。この孔１４は、対物レンズ１２からの電子線ビームを通過させたり、更に、２次電子を検出したりするための通路となるものである。
【００４６】
図７の（ｃ）は、ゲッター面７を生成する平板（あるいはベルト）にスリットを設けた例を示す。このスリット１５は、対物レンズ１２からの電子線ビームを通過させたり、更に、２次電子を検出したりするための通路となるものである。
【００４７】
図８は、本発明のゲッター面の形状例を示す。
図８の（ａ）は、平板の薄いゲッター面を上と下に交互に折り曲げた例を示す。これにより、ゲッター面７の面積を増大させたり、更に、残留ガス分子が水平に近い方向から入射しても可及的に面に垂直方向に入射させて吸着効率を向上させた例を示す。
【００４８】
図８の（ｂ）は、ゲッター面７の縁を曲げて試料５を覆う形状にし、周囲からの残留ガス分子の試料５への入射を減少させる形状にした例である。
【００４９】
図８の（ｃ）は、ゲッター面を多数の帯状に分割し、各帯状の断面部分をここでは、四角形とした例を示す。ここでは、上側に新たにゲッター材を蒸着したゲッター面を生成した後、各帯状の四角形をそれぞれ回転（１８０°回転）させて下側に向け、新たに生成したゲッター面を置換する機構を持たせた例を示す。
【００５０】
図９は、本発明の他の構造図を示す。これは、ステージ６の上あるいはステージ６に連結してゲッター機構３２を設けた例を示す。
【００５１】
図９の（ａ）は通常の使用状態（例えば測長状態）の配置を示し、図９の（ｂ）はゲッター面７の再生成時の配置を示す。
【００５２】
図９の（ａ）の状態で、ゲッター面７をステージ６に装着した試料５に対向させて配置し、測長する。測長時には、試料５には電子線ビームが平面走査され、そのときに発生した２次電子を検出して拡大した試料５の像を表示装置に表示し、測長する。この際、試料５に対向したゲッター面７で当該試料５に向かう残留ガス分子を吸着し、当該試料５への電子線ビーム照射時の汚染を防止することが可能となる。
【００５３】
一方、図９の（ｂ）の状態は、ゲッター面７の吸着作用が低減したとき（例えば実験で求めた所定時間経過あるいは試料５のロード・アンロードの回数が所定回数越えて吸着作用が低減すると予測されたとき）、ゲッター面７を再生する配置を示す。この場合には、ステージ６を移動させ、ゲッター機構３２をゲッター面７（ここでは、固定）に対向する位置に位置付け、当該ゲッター機構３２を構成するゲッタフィラメントに通電加熱して当該ゲッタフィラメントに巻きつけてあるゲッター材（例えばＴｉ線、Ｔｉ板）を溶融して蒸発させ、対向するゲッター面７上に新たなゲッター材の薄膜を形成して活性化したゲッター面７を再生成することが可能となる。そして、図９の（ａ）の位置にステージ６を戻し、試料５にゲッター面７を対向させて、測長を再開することが可能となる。
【００５４】
以上の構造を採用することで、ゲッター面７を鏡筒１１の下部の対物レンズ１２（あるいは試料室８）に固定し、ステージ６上に配置したゲッター機構３２あるいはステージ６に連結したゲッター機構３２を設けるという簡単な構造で、図９の（ａ）の測長時と、図９の（ｂ）のゲッター面７の再生成時とを簡易かつ迅速に切り替えることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、電子線を真空室内に配置した試料に照射し放出あるいは吸収あるいは透過する電子あるいは２次電子あるいは光をもとに画像を生成する際に、温度変化を与えずに汚染を防止する電子顕微鏡に関するものである。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施例構造図（その１）である。
【図２】本発明の実施例構造図（その２）である。
【図３】本発明のベルト式ゲッター面の例である。
【図４】本発明の立ち上げのフローチャートである。
【図５】本発明の通常使用時のフローチャートある。
【図６】本発明の回転式ゲッター面の例である。
【図７】本発明の移動式ゲッター面の例である。
【図８】本発明のゲッター面の形状例である。
【図９】本発明の他の構造図である。
【符号の説明】
【００５７】
１：蒸着源
２：移動ベルト
３：遮蔽箱
４：駆動軸
５：試料
６：ステージ
７：ゲッター面
８：試料室
１１：鏡筒
１２：対物レンズ
１３：電子ビーム
１４：孔
１５：ゲッタフィラメント
１６：スリット
２１：回転軸
２２：回転板
３１：ゲッター板
３２：ゲッター機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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