(57)【要約】【課題】電子線を試料に対して相対的に走査しながら照射して試料の表面の画像を得る走査型電子顕微鏡において、走査手段を構成するステージのＸ軸ステージ、Ｙ軸ステージ、Ｚ軸ステージ、θ軸ステージの駆動を共通のコントローラとドライバとによって達成することにより、システムの簡素化を図る。【解決手段】試料を電子線に対して相対的に移動させて走査を行なうためのＸ軸ステージ４５、Ｙ軸ステージ４６等の駆動のための超音波モータのコントロールにおいて、ＣＰＵ６０によって制御されるドライバ６１を用いて各軸の超音波モータの制御を総て行なうようにする。ここでドライバ６１と各軸の超音波モータとの間に切換えスイッチ６２を設けておき、ＣＰＵ６０からの切換え指令によって切換えスイッチ６２の切換えを行なう。【選択図】図４
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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、
前記電子線が照射される前記試料を載置するステージを具備し、該ステージが、Ｘ軸方向の移動を行なうＸ軸ステージと、Ｙ軸方向の移動を行なうＹ軸ステージと、Ｚ軸（高さ方向）の移動を行なうＺ軸ステージと、載置面の中心軸を中心として回転方向の移動を行なうθ軸ステージとから構成され、
前記Ｘ軸ステージ、前記Ｙ軸ステージ、前記Ｚ軸ステージ、前記θ軸ステージを共通の制御手段によって切換え手段を介して制御する走査型電子顕微鏡。
【請求項２】
前記Ｘ軸ステージ、前記Ｙ軸ステージ、前記Ｚ軸ステージ、前記θ軸ステージを共通の制御手段を構成するＣＰＵによって切換えスイッチを介して切換えて制御する請求項１に記載の走査型電子顕微鏡。
【請求項３】
前記ＣＰＵと前記切換えスイッチとの間に共通のドライバが接続され、前記切換えスイッチの切換えに応じて前記ドライバが前記Ｘ軸ステージ、前記Ｙ軸ステージ、前記Ｚ軸ステージ、前記θ軸ステージを選択的に駆動する請求項２に記載の走査型電子顕微鏡。
【請求項４】
前記切換えスイッチが前記ＣＰＵに接続され、前記ＣＰＵからの指示によって切換え動作が行われる請求項３に記載の走査型電子顕微鏡。
【請求項５】
前記Ｘ軸ステージ、前記Ｙ軸ステージ、前記Ｚ軸ステージ、前記θ軸ステージを共通の制御手段を構成するモーションコントローラによって切換えスイッチを介して切換えて制御する請求項１に記載の走査型電子顕微鏡。
【請求項６】
前記モーションコントローラと前記Ｘ軸ステージ、前記Ｙ軸ステージ、前記Ｚ軸ステージ、前記θ軸ステージとの間にドライバが接続されるとともに、前記モーションコントローラと前記ドライバとの間に入力側切換えスイッチが接続され、前記ドライバと前記Ｘ軸ステージ、前記Ｙ軸ステージ、前記Ｚ軸ステージ、前記θ軸ステージとの間に出力側切換えスイッチが接続され、前記入力側切換えスイッチと前記出力側切換えスイッチとが連動して切換えられる請求項５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】
このような走査型電子顕微鏡は、電子線源からの電子ビームを収束させ、試料台上の試料に照射するようにしている。このときに試料をＸ軸方向（横方向）およびＹ軸方向（縦方向）に移動させるようにし、電子線が試料に対して相対的な走査が行なわれるようにしている。そしてこのような目的のために、真空チャンバの電子線の照射位置にはステージが配されている。
【０００４】
ここでステージは、各軸に対応する電磁モータを備えている。このような電磁モータを備えるステージによると、電源遮断時に発生する各軸の位置ずれを防止する防止機能が必要になる。また各軸毎に対応する電磁モータを制御するために１つずつコントローラを必要とする。これによってシステムの増大化をもたらす。従ってシステム構成部品が多くなるとともに，小型化を妨げる原因になる。
【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、とくにステージの駆動のコントローラの部分の構成部品の簡素化を図るよう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、ステージのコントローラの数を少なくし、これによってシステムの小型化を図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、各軸の駆動源を超音波モータとしたステージにおいて、各軸の超音波モータのコントロールを単一のドライバによって達成し、これによってシステムの簡素化と装置のコンパクト化とを図るようにした走査型電子顕微鏡を提供することである。
【０００９】
本願発明のさらに別の課題は、ステージの各軸の電源遮断時における位置ずれを防止するためのブレーキ機構を必要としない走査型電子顕微鏡を提供することである。
【００１０】
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】
【００１１】
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、
前記電子線が照射される前記試料を載置するステージを具備し、該ステージが、Ｘ軸方向の移動を行なうＸ軸ステージと、Ｙ軸方向の移動を行なうＹ軸ステージと、Ｚ軸（高さ方向）の移動を行なうＺ軸ステージと、載置面の中心軸を中心として回転方向の移動を行なうθ軸ステージとから構成され、
前記Ｘ軸ステージ、前記Ｙ軸ステージ、前記Ｚ軸ステージ、前記θ軸ステージを共通の制御手段によって切換え手段を介して制御する走査型電子顕微鏡に関するものである。
【００１２】
ここで、前記Ｘ軸ステージ、前記Ｙ軸ステージ、前記Ｚ軸ステージ、前記θ軸ステージを共通の制御手段を構成するＣＰＵによって切換えスイッチを介して切換えて制御してよい。また前記ＣＰＵと前記切換えスイッチとの間に共通のドライバが接続され、前記切換えスイッチの切換えに応じて前記ドライバが前記Ｘ軸ステージ、前記Ｙ軸ステージ、前記Ｚ軸ステージ、前記θ軸ステージを選択的に駆動してよい。また前記切換えスイッチが前記ＣＰＵに接続され、前記ＣＰＵからの指示によって切換え動作が行われてよい。
【００１３】
また、前記Ｘ軸ステージ、前記Ｙ軸ステージ、前記Ｚ軸ステージ、前記θ軸ステージを共通の制御手段を構成するモーションコントローラによって切換えスイッチを介して切換えて制御してよい。また前記モーションコントローラと前記Ｘ軸ステージ、前記Ｙ軸ステージ、前記Ｚ軸ステージ、前記θ軸ステージとの間にドライバが接続されるとともに、前記モーションコントローラと前記ドライバとの間に入力側切換えスイッチが接続され、前記ドライバと前記Ｘ軸ステージ、前記Ｙ軸ステージ、前記Ｚ軸ステージ、前記θ軸ステージとの間に出力側切換えスイッチが接続され、前記入力側切換えスイッチと前記出力側切換えスイッチとが連動して切換えられてよい。
【００１４】
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】
【００１５】
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、前記電子線が照射される前記試料を載置するステージを具備し、該ステージが、Ｘ軸方向の移動を行なうＸ軸ステージと、Ｙ軸方向の移動を行なうＹ軸ステージと、Ｚ軸（高さ方向）の移動を行なうＺ軸ステージと、載置面の中心軸を中心として回転方向の移動を行なうθ軸ステージとから構成され、前記Ｘ軸ステージ、前記Ｙ軸ステージ、前記Ｚ軸ステージ、前記θ軸ステージを共通の制御手段によって切換え手段を介して制御するようにしたものである。
【００１６】
従ってこのような走査型電子顕微鏡によると、Ｘ軸ステージ、Ｙ軸ステージ、Ｚ軸ステージ、θ軸ステージが共通の制御手段によって切換えて制御されるようになり、このために各軸のステージ毎にそれぞれ制御手段を用意する必要がなくなり、システムの簡素化と装置のコンパクト化とをもたらすようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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】電子線が照射される試料を載置するとともに、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、θ軸方向に移動させるためのステージの外観斜視図である。
【図４】同ステージのシステム構成を示すブロック図である。
【図５】変形例のコントローラのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
次に上記電子光学系１０によって収束された電子線が照射される試料１６を支持しておくステージ１５について説明すると、ステージ１５は図３に示すように、一番下側にＸ軸ベース４２を備え、このＸ軸ベース４２上にＸ軸方向（横方向）に移動可能にＸ軸テーブル４３を備えている。そしてＸ軸ベース４２とＸ軸テーブル４３とによってＸ軸ステージ４５が構成される。上記Ｘ軸テーブル４３はＹ軸ベースを兼用されており、その上に配されるＹ軸テーブル４４との組合わせによって、Ｙ軸ステージ４６が構成される。
【００２５】
次に上記Ｙ軸テーブル４４上にはＺ軸ベース４９が載置され、Ｚ軸ベース４９がＺ軸テーブル５０を複数本のガイドロッド５１によって昇降自在に支持している。そしてＺ軸ベース４９とＺ軸テーブル５０とによってＺ軸ステージ５２が構成されている。
【００２６】
上記Ｚ軸ステージ５２のＺ軸テーブル５０上にはθ軸テーブル５３が回転自在に取付けられており、このθ軸テーブル５３よってθ軸ステージ５４が構成されている。θ軸ステージ５４上には載置台５６が取付けられており、この載置台５６上に試料１６を載置し、クランパ５７によって押圧保持するようにしている。
【００２７】
次に上記ステージ１５の各軸の駆動のための制御の構成について説明すると、図４に示すように制御装置はＣＰＵ６０を備える。そしてこのＣＰＵ６０が制御手段を構成する。ＣＰＵ６０の出力端側にはドライバ６１が接続されるとともに、ドライバ６１は切換えスイッチ６２を介して上記Ｘ軸ステージ４５、Ｙ軸ステージ４６、Ｚ軸ステージ５２、θ軸ステージ５４をそれぞれ切換え制御するようにしている。なおここで各ステージ４５、４６、５２、５４が備える超音波モータをドライバ６１によって制御することになる。そしてこのような制御の切換えのために、ＣＰＵ６０によって切換えスイッチ６２の切換えが行なわれるようになっている。
【００２８】
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。
【００２９】
このような動作において、とくにステージ１５上の試料は、図３に示すＸ軸ステージ４５によってＸ軸方向（横方向）に移動されるとともに、Ｙ軸ステージ４６によってＹ軸方向（縦方向）に移動される。これによって、試料１６の表面に対する電子線の相対的な走査が行なわれる。ここでＸ軸テーブル４３とＹ軸テーブル４４とは、対応する超音波モータによってＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ移動される。
【００３０】
またステージ１５はＺ軸ステージ５２を備え、このＺ軸ステージ５２によって試料１６を載置する載置台を高さ方向、すなわち電子ビームの軸線方向に移動調整できるようにしている。さらにステージ１５はθ軸ステージ５４を備え、このようなステージ５４によって電子線の中心軸に対して回転調整できるようにしている。
【００３１】
上記のＸ軸ステージ４５、Ｙ軸ステージ４６、Ｚ軸ステージ５２、θ軸ステージ５４の各軸の駆動源を構成する超音波モータは、図４に示すコントローラによって制御される。すなわちＣＰＵ６０からの指令によってドライバ６１が各軸の超音波モータの駆動を制御するようになっている。ＣＰＵ６０は切換え指令によってスイッチ６２を切換え、これによってドライバ６１が駆動する各軸の超音波モータの切換えを行なうようになる。従って、切換えスイッチ６２によって切換えられた所定の軸の超音波モータがドライバ６１によって駆動されることになる。
【００３２】
このような構成は、４軸のステージのコントロールを単一のドライバ６１によって実現することになり、またそのための制御手段も単一のＣＰＵ６０によって行なわれる。従って、システムの簡素化と装置のコンパクト化が図られるようになる。また各軸の駆動源が超音波モータによって構成されているために、この超音波モータに対する電源遮断時に位置ずれが発生することがなくなる。また電源遮断時に位置ずれが発生しないようにブレーキ機構を設けておく必要もなくなる。これによってシステム構成の簡素化および小型化が達成されることなり、従来のシステムの増大化の問題を解消できるようになる。
【００３３】
次の変形例の超音波モータの駆動の制御回路について図５により説明する。ここでは、図４におけるＣＰＵ６０に代えてモーションコントローラ６４が制御手段として用いられる。そしてモーションコントローラ６４の出力側にはドライバ６５、６６が接続されている。そしてこれらのドライバ６５、６６にはそれぞれ入力側スイッチ６７、６８が接続されるとともに、ドライバ６６の出力側には出力側切換えスイッチ６９、７０が接続されている。ここで入力側切換えスイッチ６７および出力側切換えスイッチ６９は、Ｘ軸ステージ４５とＺ軸ステージ５２の切換えを行なう。また入力側切換えスイッチ６８と出力側切換えスイッチ７０とは、Ｙ軸ステージ４６とθ軸ステージ５４の切換えを行なうようにしている。
【００３４】
従ってこのような構成によると、モーションコントローラ６４の出力によってドライバ６５を作動させ、このドライバ６５によってＸ軸ステージ４５とＺ軸ステージ５２の超音波モータの駆動の制御が行なわれる。またモーションコントローラ６４によってドライバ６６を駆動し、このドライバ６６によってＹ軸ステージ４６とＺ軸ステージ５２の超音波モータの駆動の制御が行なわれる。
【００３５】
ここでも、単一のモーションコントローラ６４によって、各軸のステージの超音波モータの制御が行なわれことになり、このために上記実施例と同様に、システムの簡素化と装置のコンパクト化が図られる。またここでも、各軸の駆動源が超音波モータによって達成されるために、電源の遮断時に位置ずれが発生しないようにするブレーキ機構も必要としなくなる。
【００３６】
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使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４および図５に示す制御において、ＣＰＵ６０あるいはモーションコントローラ６４によって制御のシステム設計等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】
【００３７】
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】
【００３８】
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
４２  Ｘ軸ベース
４３  Ｘ軸テーブル
４４  Ｙ軸テーブル
４５  Ｘ軸ステージ
４６  Ｙ軸ステージ
４９  Ｚ軸ベース
５０  Ｚ軸テーブル
５１  ガイドロッド
５２  Ｚ軸ステージ
５３  θ軸テーブル
５４  θ軸ステージ
５６  載置台
５７  クランパ
６０  ＣＰＵ（制御手段）
６１  ドライバ
６２  切換えスイッチ
６４  モーションコントローラ
６５  ドライバ
６６  ドライバ
６７、６８  入力側切換えスイッチ
６９、７０  出力側切換えスイッチ
【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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