(57)【要約】      （修正有）【課題】電子銃が収納される真空チャンバの部分の高さ方向の寸法を短くするとともに、高圧電源回路と電子銃との接続にケーブルを用いることによる誤配線および接続エラーを回避する走査型電子顕微鏡を提供する。【解決手段】真空チャンバ４１の上部の開口を開閉する蓋板４３を中継基板と兼用し、この蓋板４３側にコンタクト４８を設け、これによって真空チャンバ４１の内部であって上方に配される電子銃４４の上部にピンを取付けるようにし、蓋板４３を閉じると、コンタクト４８がピンを弾性的に受入れ、両者が電気的に接続されるようにする。【選択図】図３
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【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、
真空チャンバの上部に前記電子線を発射する電子銃が収納されるとともに、前記真空チャンバの上部に中継基板を兼用する蓋板が装着され、前記蓋板の下部に取付けられたコンタクトと前記電子銃の上部のピンとが互いに接続されて前記電子銃に電源が供給される走査型電子顕微鏡。
【請求項２】
前記真空チャンバの蓋板が装着されると、前記コンタクトと前記電子銃のピンとが互いに接続され、前記蓋板が前記真空チャンバから取外されると、前記コンタクトと前記電子銃のピンとが互いに離脱される請求項１に記載の走査型電子顕微鏡。
【請求項３】
前記コンタクトが縦方向の切込みを備え、前記ピンを受入れると該ピンを弾性的に挟着して電気的接続を達成する請求項１または請求項２に記載の走査型電子顕微鏡。
【請求項４】
前記真空チャンバの外側に高圧電源回路を備え、該高圧電源回路の出力端が前記中継基板を構成する前記蓋板のコンタクトと接続され、前記コンタクトおよび前記ピンを介して前記高圧電源回路から前記電子銃のフィラメントに高圧電流が印加される請求項１に記載の走査型電子顕微鏡。
【請求項５】
前記真空チャンバの中継基板を兼用する蓋板と前記電子銃との間に給電用ワイヤケーブルが存在しない請求項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、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、真空チャンバの上部に取付けられた電子銃に対して、外部の高圧電源回路から高圧電流を、真空チャンバ内の電子銃のフィラメントの部分に印加する必要がある。
【０００４】
従って従来より、電子銃を作動させるためのコネクタと電子銃自体のコンタクトとを、ケーブルによって接続する配線方式を採用していた。このような接続方式は、電子銃を含む光学系の長大化、とくに軸線方向の寸法が増大する欠点がある。さらにはケーブルの誤配線による接続エラーが発生する問題があった。
【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、特に電子銃が収納される真空チャンバの部分の高さ方向の寸法を短くし、これによって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、外部の高圧電源回路の出力を真空チャンバ内の電子銃に対して供給するための印加の機構を簡略化するとともに、小型化、とくに軸線方向の寸法を小さくするようにし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、高圧電源回路と電子銃との接続にケーブルを用いることによる電子工学系の長大化を回避するとともに、誤配線および切断エラーを回避するようした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、
真空チャンバの上部に前記電子線を発射する電子銃が収納されるとともに、前記真空チャンバの上部に中継基板を兼用する蓋板が装着され、前記蓋板の下部に取付けられたコンタクトと前記電子銃の上部のピンとが互いに接続されて前記電子銃に電源が供給される走査型電子顕微鏡に関するものである。
【００１１】
ここで、前記真空チャンバの蓋板が装着されると、前記コンタクトと前記電子銃のピンとが互いに接続され、前記蓋板が前記真空チャンバから取外されると、前記コンタクトと前記電子銃のピンとが互いに離脱されてよい。また前記コンタクトが縦方向の切込みを備え、前記ピンを受入れると該ピンを弾性的に挟着して電気的接続を達成してよい。また前記真空チャンバの外側に高圧電源回路を備え、該高圧電源回路の出力端が前記中継基板を構成する前記蓋板のコンタクトと接続され、前記コンタクトおよび前記ピンを介して前記高圧電源回路から前記電子銃のフィラメントに高圧電流が印加されてよい。また前記真空チャンバの中継基板を兼用する前記蓋板と前記電子銃との間に給電用のワイヤケーブルが存在しなくてよい。
【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、真空チャンバの上部に前記電子線を発射する電子銃が収納されるとともに、前記真空チャンバの上部に中継基板を兼用する蓋板が装着され、前記蓋板の下部に取付けられたコンタクトと前記電子銃の上部のピンとが互いに接続されて前記電子銃に電源が供給されるようにしたものである。
【００１４】
従ってこのような走査型電子顕微鏡によると、真空チャンバの上部の蓋板が中継基板を兼用するようになっており、この蓋板の下部の取付けられたコンタクトと電子銃の上部のピンとを互いに接続することによって、これらのコンタクトおよびピンを介して電子銃に電源が供給されるようになり、電源の供給部分のとくに軸線方向の寸法を小さくすることが可能になり、電子光学系の長大化が回避される。また電子銃に対する高圧電源の供給が、給電用ワイヤケーブルを用いることなく達成されるために、電子光学系の短小化と誤配線および接続エラーの回避を達成することが可能になる。
【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】真空チャンバの上部の一部を破断した外観斜視図である。
【図４】同真空チャンバの内部の電子銃に対する高圧電源の供給の機構を示す拡大正面図である。
【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】
次に電子光学系１０の内部の構造について説明する。電子光学系１０は、真空チャンバ４１内に設けられる。この真空チャンバ４１の上部は図３に示すように開口４２になっている。そしてこの開口４２が蓋板４３によって閉じられるようになっており、これによって真空チャンバ４１が形成される。しかも蓋板４３は中継基板を兼用しており、この中継基板によって電子銃４４に対する給電機構が達成されるようになっている。
【００２３】
蓋板４３から成る中継基板４３には、図４に示すように、下方に突出するように一対のコンタクト４８が配されている。コンタクト４８は弾性に優れた導電性の材料から構成され、しかもその先端部には高さ方向に延びるスリット４９が形成され、このようなスリット４９によってコンタクト４８は横方向に弾性可能になっている。そしてスリット４９は、電子銃４４の端板５０上に高さ方向に突出するように植設されたピン５１と係合するようにしている。すなわち、ピン５１がコンタクト４８内に入込むとともに、スリット４９の弾性復元力によってピン５１がコンタクト４８によって弾性的に挟着保持されるようになっている。また一方のコンタクト４８の側部には、上記中継基板４３に固定された接地用ばね５４が設けられている。
【００２４】
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。
【００２５】
このようにして表示装置２６で画像を表示する走査型電子顕微鏡は、図３および図４に示すように、電子光学系を構成する真空チャンバ４１の上部であって蓋板４３のすぐ下側の部分に電子銃４４が配され、この電子銃４４に対して、蓋板１３の下面のコンタクト４８と電子銃４４側のピン５１とが互いに接触して電源を供給するようになっており、これによって電子銃４４から下方に向けて電子線が放射されることになる。
【００２６】
ここで真空チャンバ４１の蓋板４３を取外すと、蓋板４３側のコンタクト４８と電子銃４４のピン５１とが互いに離脱し、両者の電気的な接続が解除される。また蓋板４３を真空チャンバ４１の上部に取付けると、蓋板４３の下面のコンタクト４８が電子銃４４の上面のピン５１を弾性的に受入れて挟着し、これによってコンタクト４８とピン５１との間での電気的な接続が達成されることになる。
【００２７】
このような構成は、電子銃を作動させるための電源の供給を、ケーブルによる配信方式からピンによる接続方式に変更することが可能になる。このような構成は、とくに電子銃４４の上部における電子光学系の長大化を防止することが可能になる。また蓋板４３から成る中継基板と電子銃４４との間にはケーブルが存在しなくなるために、複雑な接続作業を省略することができるとともに、誤配信や切断エラーを回避できるようになる。
【００２８】
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。また図３および図４に示す蓋板４３のコンタクト４８と電子銃４４のピン５１との接続のための具体的な接触の方式については、各種の設計変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
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】
【００３０】
１０  電子光学系
１１  高真空ポンプ
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
４１  真空チャンバ
４２  開口
４３  蓋板（中継基板）
４４  電子銃
４８  コンタクト
４９  スリット
５０  端板
５１  ピン
５２  接地用ばね
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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