(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線を試料に対して相対的に走査しながら照射し、前記試料からの２次電子を検出器によって検出し、走査位置に対する前記２次電子の検出出力から画像を形成するようにした走査型電子顕微鏡において、
前記電子線を発射する電子光学系の内部を真空にするための真空装置をスパッタイオンポンプとゲッタポンプとの組合せから構成し，前記スパッタイオンポンプが、スパッタで生じた金属がガスを吸着して気体を空間からなくすポンプであり，前記ゲッタポンプが気体分子と反応して化合物となる物質を筐体内に配したポンプであり，前記真空装置が筒状の筐体を有し、該筐体の軸線方向の一端の蓋体内に前記スパッタイオンポンプが組込まれている走査型電子顕微鏡。
【請求項２】
前記スパッタイオンポンプが、互いに対向して配される両側のチタン製の陰極間に複数の円筒状の陽極を配したポンプである請求項１に記載の走査型電子顕微鏡。
【請求項３】
前記ゲッタポンプの気体分子と反応して化合物となる物質が、バナジウムとジルコニアと鉄の合金である請求項１に記載の走査型電子顕微鏡。
【請求項４】
前記筐体の内側に金網製の２重の筒体が配され、該２重の筒体の間にペレット状に成形された前記気体分子と反応して化合物となる物質が収納されている請求項１に記載の走査型電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は走査型電子顕微鏡に係り、とくに電子線を試料に対して相対的に走査しながら照射し、前記試料からの２次電子を検出器によって検出し、走査位置に対する２次電子の検出出力から画像を形成するようにした走査型電子顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体を製造する場合には、シリコンウエハ上に化学処理を施して配線パターンを形成し、シリコンウエハ上に形成された各素子を上記配線パターンを介して接続する。従って、配線パターンが正しく形成されかつ正しく接続されないと、半導体が正しい動作を行なわない状態が発生し、不良品の発生に繋がる。そこで半導体の製造プロセスにおいて、半導体ウエハ上に形成される描画パターンが正しく形成されているかどうかをチェックするために、例えば特開２００６−１３８８６４号公報に開示されているように、走査型電子顕微鏡を用いて検査あるいは評価を行なうようにしている。
【０００３】
このような用途に用いられる走査型電子顕微鏡は、電子線源からの電子ビームを、収束レンズあるいはコンデンサレンズによって集束させるとともに、偏向コイルによって所定の方向に偏向し、この後対物レンズによってステージ上に配された試料から成る半導体ウエハの所定の位置に照射するようにしている。このような構成は、電子光学系と、ステージを有する真空チャンバとを真空にしなければならない。
【０００４】
このような要請において、従来の電子顕微鏡においては、機械式の真空ポンプと組合わせてスパッタイオンポンプを用いるようにしていた。ところがスパッタイオンポンプを小型のものにすると、排気系の性能が低下するようになる。このことは、真空性能を低下させないでしかも電子顕微鏡の小型化を図ることを不可能にするものである。一方で熱電解放出型の電子銃から電子線を放出させるためには、１０−７Ｐａ台の高真空雰囲気が必要となり、これによってスパッタイオンポンプの小型化が妨げられる結果になっていた。またスパッタイオンポンプを小型化すると、排気速度や到達真空度等の真空性能自体が低下する問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１３８８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本願発明の課題は、高い真空性能を有しながら、しかも小型化を可能にした走査型電子顕微鏡を提供することである。
【０００７】
本願発明の別の課題は、小型の真空装置であって、しかも排気速度と到達真空度とがともに十分な性能を有する真空装置を備えた走査型電子顕微鏡を提供することである。
【０００８】
本願発明のさらに別の課題は、スパッタイオンポンプの排気機能を別の手段によって補うことにより、スパッタイオンポンプの小型化を達成した真空装置を有する走査型電子顕微鏡を提供することである。
【０００９】
本願発明の上記の課題および別の課題は、以下に述べる本願発明の技術的思想、およびその実施の形態によって明らかにされる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願の主要な発明は、電子線を試料に対して相対的に走査しながら照射し、前記試料からの２次電子を検出器によって検出し、走査位置に対する前記２次電子の検出出力から画像を形成するようにした走査型電子顕微鏡において、
前記電子線を発射する電子光学系の内部を真空にするための真空装置をスパッタイオンポンプとゲッタポンプとの組合わせから構成した走査型電子顕微鏡に関するものである。
【００１１】
ここで、前記スパッタイオンポンプが、スパッタで生じた金属がガスを吸着して気体を空間からなくすポンプであってよい。また前記ゲッタポンプが気体分子と反応して化合物となる物質を筐体内に配したポンプであってよい。また前記真空装置が筒状の筐体を有し、該筐体の軸線方向の一端の蓋体内に前記スパッタイオンポンプが組込まれていてよい。また前記スパッタイオンポンプが、互いに対向して配される両側のチタン製の陰極間に複数の円筒状の陽極を配したポンプであってよい。また前記ゲッタポンプの気体分子と反応して化合物となる物質が、バナジウムとジルコニアと鉄の合金であってよい。また前記筐体の内側に金網製の２重の筒体が配され、該２重の筒体の間にペレット状に成形された前記気体分子と反応して化合物となる物質が収納されていてよい。
【００１２】
なお本願の各請求項に係る発明は、独立行政法人産業技術総合研究所の主導のもとになされた戦略的基盤技術高度化支援事業の中で創出されたものである。
【発明の効果】
【００１３】
本願の主要な発明は、電子線を試料に対して相対的に走査しながら照射し、前記試料からの２次電子を検出器によって検出し、走査位置に対する前記２次電子の検出出力から画像を形成するようにした走査型電子顕微鏡において、前記電子線を発射する電子光学系の内部を真空にするための真空装置をスパッタイオンポンプとゲッタポンプとの組合わせから構成したものである。
【００１４】
従ってこのような走査型電子顕微鏡によると、電子光学系の内部をスパッタイオンポンプとゲッタポンプとの組合わせから成る真空装置によって真空にすることが可能になり、とくにスパッタイオンポンプによる排気性能を、ゲッタポンプによって補うことが可能になる。従ってスパッタイオンポンプを小型化しても、排気速度や到達真空度等の性能自体を低下させることがなくなる。これによって、より小型化した走査型電子顕微鏡を提供できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る走査型電子顕微鏡のブロック図である。
【図２】同電子顕微鏡の外観斜視図（Ａ）、および各ユニットの筐体内における配置を示す縦断面図（Ｂ）である。
【図３】電子光学系の内部を真空にする真空装置の平面図である。
【図４】同真空装置の胴の部分を破断した正面図である。
【図５】同真空ポンプの分解斜視図である。
【図６】真空装置の内部のスパッタイオンポンプの外観斜視図である。
【図７】同スパッタイオンポンプの動作を示す要部縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下本願発明を図示の実施の形態によって説明する。図１は本実施の形態に係る走査型電子顕微鏡のシステム構成を示すものであって、この走査型電子顕微鏡は電子光学系１０を備えている。電子光学系１０は、電子を発生させる電子線源を有するとともに、高真空ポンプ１１を備え、この高真空ポンプ１１によって内部を真空状態に維持するようにしている。そして電子光学系１０の下側には真空チャンバ１４が配され、この真空チャンバ１４の内部であって底面側にステージ１５が配されている。
【００１７】
真空チャンバ１４の側部には搬送系１７が設けられ、真空チャンバ１４の真空を破ることなく搬送系１７から試料１６が供給され、ステージ１５上に載置されるようになっている。真空チャンバ１４は、その下部に配されたダイヤフラムポンプ１８とターボ分子ポンプ１９とによって真空吸引されて所定の真空度に維持されるようになっている。そして真空チャンバ１４が載置台２０上に載置されるとともに、とくにダイヤフラムポンプ１８とターボ分子ポンプ１９とによる振動の影響を受けないように、除振システム２１を介して支持されている。
【００１８】
真空チャンバ１４の側部には２次電子検出器２３が取付けられている。２次電子検出器２３は、試料１６に電子光学系１０によって電子線を照射したときに発生する２次電子の強度を検出するためのものであって、その検出出力が制御系の中の信号処理系２４に供給され、この後信号処理系２４で処理された信号が画像処理系２５に転送される。画像処理系２５は、信号処理系２４を介して取り出した２次電子の強度であって、各走査位置における試料１６の表面の２次電子の強度から画像を形成し、この画像を表示装置２６に出力する。
【００１９】
制御系は、さらに高圧電源２９、レンズ制御系３０、ステージ制御系３１、真空制御系３２を備えている。高圧電源２９は、電子光学系１０の部分に高圧電源を印加するためのものである。レンズ制御系３０は、電子光学系１０内の各レンズの制御を行なう。ステージ制御系３１は、真空チャンバ１４内のステージ１５の制御を行ない、試料１６を電子光学系１０の電子線に対して所定の方向に走査させる。
【００２０】
このような構成に係る走査型電子顕微鏡の各ユニットは、図２Ａに示す外筐３５内に収納される。なお外筐３５はその下部に４つの支持脚３６を備えるとともに、外筐３５の前面側に凹部３７が形成されている。この凹部３７には操作子３８が設けられている。そして凹部３７の上部に上記表示装置２６が取付けられている。
【００２１】
外筐３５内における各ブロックの配置は、図２Ｂに示すようになっており、最上部には高圧電源２９が収納され、その下にレンズ制御系３０と信号処理系２４とが収納されている。そしてその下側には中間搬送系１７が配置されており、その下側に電子光学系１０が取付けられている。上記電子光学系１０の側部には高真空ポンプ１１が接続されている。そして電子光学系１０の下側に真空チャンバ１４が設けられている。真空チャンバ１４は、載置台２０上に載置されるとともに、載置台２０の下側に防振システム２１、ターボ分子ポンプ１９、ダイヤフラムポンプ１８が収納される構造になっている。
【００２２】
次のこの走査型電子顕微鏡の電子光学系１０を真空引きするための真空装置１１について説明する。真空装置１１は、図３〜図５に示すように、ほぼ円筒状を成す外筐４２を備えている。そして外筐４２の上端側の開口部が上蓋４３によって閉塞され、外筐４２の下側の部分の開口が下蓋４４によって閉塞されるようになっている。そして、外筐４２の外側部には円形の連通孔４５が形成され、この連通孔４５に嵌合される連通管によって電子光学系１０の内部と連通されるようになっている。このような外筐内に、スパッタイオンポンプ４７とゲッタポンプ４８とが収納される。
【００２３】
まずスパッタイオンポンプ４７について説明すると、図３〜図５に示す上蓋４３の上部には上方に突出するように突部５１が形成され、この突部５１の内側が凹部５２になっている。そして凹部５２内には、上記スパッタイオンポンプ４７が収納されている。スパッタイオンポンプ４７は、一対の円筒状陽極５３を備えている。そして円筒状陽極５３の軸線方向の両端に対向するように、チタンから成る陰極５４が配置されている。さらに陰極５４の背面側の部分には、直方体状を成す扁平な磁極５５が取付けられている。そして一対の円筒状陽極５３は取付け金具５６によって上蓋４３の内側に取付けられている。
【００２４】
これに対してゲッタポンプ４８は、図５に示す保持体６０によって保持される。保持体６０は、外側の円筒状の金網６１と、内側の円筒状の金網６２とを同心円状に組合わせたものであって、両側の金網６１、６２間には、半径方向に所定の隙間が形成されている。そしてこの隙間の部分にペレット状のゲッタ材６３が収納保持される。また保持体６０には、その外側部に円形孔６５が形成され、この円形孔６５が、連通孔４５と整合されるようになっている。
【００２５】
次に以上のような構成に係る走査型電子顕微鏡の概略の動作を、図１および図２によって説明する。電子光学系１０の電子線源によって出射された電子線は、この電子光学系１０の各ユニットを通過し、対物レンズによって集束されて、ステージ１５上に載置された試料１６に照射される。ここでステージ１５がステージ制御系３１によって所定の方向に試料１６を移動させるために、対物レンズを通して照射される電子線は、ステージ１５上の試料１６に対して相対的に所定の方向に走査されることになる。そしてこのときの各走査位置における試料１６から出射される２次電子が２次電子検出器２３によって検出され、その検出出力が信号処理系２４で処理される。処理された信号が画像処理系２５に供給され、この画像処理系２５によって、各走査位置に応じた２次電子の強度から画像が形成される。画像処理系２５で形成された画像は表示装置２６によって表示される。
【００２６】
次にこのような走査型電子顕微鏡の電子光学系１０および真空チャンバ１４の真空動作について説明する。まず全体的な真空動作について説明すると、電子光学系１０と真空チャンバ１４との間に設けられているシャッタバルブ（図示せず）を開放した状態で、載置台２０の下側に配置されているダイヤフラムポンプ１８とターボ電子ポンプ１９とによって真空チャンバ１４内を真空引きする。するとこの真空チャンバ１４と連通する電子光学系１０の内部も真空吸引され、いわゆる粗引きが行なわれる。
【００２７】
電子光学系１０および真空チャンバ１４の真空度が１０−４Ｐａ程度になった段階で、電子光学系１０と真空チャンバ１４との間のシャッタバルブを閉じる。そしてこの後は、真空装置１１のみによって、電子光学系１０の真空引きを行なう。この真空引きの動作は、ゲッタポンプ４８を４００℃に加熱し、これによってゲッタポンプ４８のゲッタ材６３を活性化する。これによってゲッタポンプ４８は作動状態となる。さらに真空装置１１を構成するスパッタイオンポンプ４７を稼動し、電子光学系１０の筐体内に浮遊する気体分子を吸着除去する。
【００２８】
次にスパッタイオンポンプ４７による排気の機構を説明すると、円筒状陽極５３に対する電圧の印加に伴って生ずる放電によって図７Ａに示すようにイオンが生成される。そして化学的に極めて活性な材料であるチタンで作られた陰極５４のイオンによるスパッタが行なわれ、このスパッタされた金属によるガスの吸着によって、内部空間に浮遊する気体分子が除去される。
【００２９】
上記スパッタイオンポンプ４７の排気動作を助けるゲッタポンプ４８は、ペレット状のゲッタ材６３による活性ガスの吸着を用いるものである。ゲッタ材６３は、パナジウム、ジルコニア、鉄の合金から構成されており、活性合金であって、昇温による活性化で、表面の不活性層を内部拡散させ、周囲の各種の活性ガスを吸着するようにしたものである。ここで吸着されたガスは、合金と化学結合しており、飽和してもまた再活性することにより何回も再活性が可能になっている。吸着されるガスは、ＣＯ、ＣＯ２、Ｏ２、Ｎ２、Ｈ２、Ｈ２Ｏ等のガスである。
【００３０】
このように本実施の形態の電子光学系１０の真空装置１１は、より小型化されたスパッタイオンポンプ４７とゲッタポンプ４８との組合わせから構成されているために、高い排気速度と到達真空度とを同時に達成するようにしている。すなわちスパッタイオンポンプ４７を小型化すると、排気速度と到達真空度がともに低下する。このような排気速度や到達真空度の低下を、併用するゲッタポンプ４８によって補うことが可能になり、小型でありながらしかも排気性能を高く維持することが可能になる。
【００３１】
以上本願発明を図示の実施の形態によって説明したが、本願発明は上記実施の形態によって限定されることなく、本願発明の技術的思想の範囲内において各種の変更が可能である。例えば上記実施の形態は、半導体ウエハ上に形成されるパターンの幅等を測定するための測長用の顕微鏡として用いるものであるが、本願発明に係る走査型電子顕微鏡は、その他各種の用途に広く利用することが可能な走査型電子顕微鏡に利用することができる。またスパッタイオンポンプ４７とゲッタポンプ４８との組合わせから成る真空装置１１についても、上記実施の形態および図面に示されたものに限定されることなく、各種の設計変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本願発明は、測長用顕微鏡、また各種の試料の拡大画像を得るための走査型電子顕微鏡として広く利用することが可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  電子光学系
１１  真空装置
１４  真空チャンバ
１５  ステージ
１６  試料
１７  搬送系
１８  ダイヤフラムポンプ
１９  ターボ分子ポンプ
２０  載置台
２１  除振システム
２３  ２次電子検出器
２４  信号処理系
２５  画像処理系
２６  表示装置
２９  高圧電源
３０  レンズ制御系
３１  ステージ制御系
３２  真空制御系
３５  外筐
３６  支持脚
３７  凹部
３８  操作子
４２  外筐
４３  上蓋
４４  下蓋
４５  連通孔
４７  スパッタイオンポンプ
４８  ゲッタポンプ
５１  突部
５２  凹部
５３  円筒状陽極
５４  陰極（チタン）
５５  磁極
５６  取付け金具
６０  保持体
６１  金網（外）
６２  金網（内）
６３  ゲッタ材（ペレット）
６５  円形孔
【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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