(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
清浄空気のダウンフローが形成されるクリーンルーム内に配置される電子顕微鏡装置であって、
前記電子顕微鏡装置は、顕微鏡本体部を支持する架台と、設置床上に取り付けられ、振動を吸収するダンパーを介して前記架台を支持する架台取り付けベースと、前記架台取り付けベースに固定して取り付けられるカバー部と、表示装置を備えた操作卓とを含んで構成され、
前記顕微鏡本体部は、電子ビームを発生させる電子銃を含む電子銃部と、前記電子ビームを集束するための集束レンズを含む鏡体部と、該鏡体部と該電子銃部との内部を真空排気するための真空排気系部と、前記電子銃部の内部の真空を破るために前記電子銃部を持ち上げるためのリフター部とを含んで構成され、
前記カバー部は、前記清浄空気のダウンフローによる風を遮蔽するように、前記電子顕微鏡本体と前記架台とを覆って設けられるとともに、前記顕微鏡本体部の上から下に向かって広がる末広がりの形状をもっている
ことを特徴とする電子顕微鏡装置。
【請求項２】
前記請求項１記載の電子顕微鏡装置において、
前記操作卓は前記カバー部に該カバーの周りに移動可能となるように連結されている
ことを特徴とする電子顕微鏡装置。
【請求項３】
前記請求項１または２記載の電子顕微鏡装置において、
前記カバー部は磁性体で形成されている
ことを特徴とする電子顕微鏡装置。
【請求項４】
前記請求項１から３記載の何れかの電子顕微鏡装置において、
前記カバー部の内側の熱を強制的にその外部に排出する手段を備えている
ことを特徴とする電子顕微鏡装置。
【請求項５】
前記請求項１から４記載の何れかの電子顕微鏡装置において、
前記顕微鏡本体部は操作部を有し、
前記カバー部は前記操作部と対向する位置に開口部を有し、該開口部に該開口部を開閉する開閉カバーを設けた
ことを特徴とする電子顕微鏡装置。
【請求項６】
前記請求項１から５記載の何れかの電子顕微鏡装置において、
前記顕微鏡本体部は走査形透過電子顕微鏡である
ことを特徴とする電子顕微鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子顕微鏡装置、特にクリ−ンル−ム内で半導体装置の不良解析を行うために用いられるのに適した電子顕微鏡装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、クリ−ンル−ム内で半導体製造装置によって製造されたメモリのゲ−ト酸化膜やキャパシタの酸化膜等をクリ−ンル−ム内で走査形透過電子顕微鏡を用いて検査し、その良否を判定することが考慮されている。
【０００３】
クリ−ンル−ム内はコントロ−ルされた温度及び湿度に保たれる。また、清浄な空気をダクトを通してクリ−ンル−ム内に導き、これをメッシュ状の床を通してその床下へ吸引することによってクリ−ンル−ム内に清浄空気のダウンフロ−を形成し、これによってクリ−ンル−ム内の浮遊塵埃の低減化を図っている。メモリ等の製造が行われるクリ−ンル−ムについては、そのクリ−ン度はクラス１００程度以下であるのが一般的である。
【０００４】
よく知られているように、走査形透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）は試料を集束された電子ビ−ムで走査し、それによって試料を透過した電子ビ−ムを検出して、その検出された信号を用いて像表示装置に試料の走査透過電子像を表示するものであるが、クリ−ンル−ム内でメモリ等の検査を走査形透過電子顕微鏡を用いて行うためには、その走査形透過電子顕微鏡は０．５ｎｍ程度以下という高分解能をもつことが望ましい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、本発明者の検討結果によれば、ダウンフロ−による風が走査形透過電子顕微鏡に直接当たることによって振動が発生し、この振動の故に０．５ｎｍ以下という高分解能を得るのが実際上難しいことがわかった。
【０００６】
本発明の目的はダウンフロ−による分解能低下を防止するのに適した電子顕微鏡装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一つの観点によれば、清浄空気のダウンフロ−が形成されるクリ−ンル−ム内に配置して用いられる、顕微鏡本体部を含む電子顕微鏡装置であって、前記顕微鏡本体部に当たる、前記ダウンフロ−による風を遮蔽する遮蔽体を備えていることを特徴とする。
【０００８】
本発明は、もう一つの観点によれば、クリ−ンル−ム内に配置して用いられる、顕微鏡本体部を含む電子顕微鏡装置であって、前記顕微鏡本体部を覆うカバ−を備えていることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明にもとづく一実施例の電子顕微鏡装置と該電子顕微鏡装置が配置されるクリ−ンル−ムとの関係を示す。１はクリ−ンル−ム、２はその内部に配置された、本発明にもとづく一実施例の電子顕微鏡装置である。清浄空気はクリ−ンル−ム１の天井に設けられたエア−ダクト３からクリ−ンル−ム１内に導かれる。この導かれた清浄空気はクリ−ンル−ム１のメッシュ状の床４を通してその床下に吸引される。これによって、クリ−ンル−ム１内にはその上から下に向かう清浄空気のダウンフロ−が形成される。クリ−ンル−ム１内はコントロ−ルされた温度及び湿度に維持されるが、その維持のための設備は図では簡略化のために省略されている。クリ−ンル−ム１内のクリ−ン度はメモリ等の製造の場合はクラス１００程度以下であることが一般的である。電子顕微鏡装置２は製造されたメモリのゲ−ト酸化膜等の検査に用いられるもので、その詳細を図２〜図７を参照して以下に説明する。
【００１０】
図２は本発明にもとづく電子顕微鏡装置で採用される、信号検出系を含む電子光学系の一例を示す。これは走査形透過電子顕微鏡の電子光学系の例である。電子銃１０は電子源１１、アノ−ド１２及び多段加速電極系１３を含む。電子源１１から放出された電子はアノ−ド１２から電子ビ−ムとして引き出され、多段加速電極系１３によって加速される。加速電圧は例えば１００ｋＶ〜２００ｋＶ程度に設定される。
【００１１】
加速された電子ビ−ムは軸合わせ用コイル装置１４を通り、集束レンズ１５及び１６並びに対物レンズ１７の前磁場レンズ１７ａによって、試料駆動装置１８ａによって支持及び駆動される試料１８に集束される。この集束によって、試料１８を照射する電子ビ−ムの大きさ（直径）は例えば０．５ｎｍ以下となる。
【００１２】
試料１８を透過した電子ビ−ムは対物レンズ１７の後磁場レンズ１７ｂ及び投射レンズ１９によって検出器絞り２０に投射される。検出器絞り２０は、図示は省略されているが、電子ビ−ムの中心部分（電子光学軸部分）と外周部分とを遮断し、その中心部分と外周部分との間の中間部分だけを通過させる構造となっている。検出器絞り２０を通過した中間部分の電子ビ−ムは検出器２１によって検出され、その検出された信号はスイッチ２２を介して陰極線管からなる像表示装置２３の輝度変調電極（グリッド）に与えられる。
【００１３】
集束レンズ１５と対物レンズ１７との間には電子ビ−ム偏向器２４が配置され、該電子ビ−ム偏向器には走査電源２５からの走査信号が倍率設定器及び増幅器２６を介して供給される。これによって、電子ビ−ムは対物レンズ１７の前磁場レンズ１７ａの中心を支点として２次元的に偏向され、したがって、試料１８は集束された電子ビ−ムで２次元的に走査される。走査電源２５からの走査信号は増幅器２７を介して像表示装置２３の偏向器２８にも供給される。このため、像表示装置２３の陰極線は偏向器２８によって２次元的に偏向され、したがって、像表示装置２３のスクリ−ンは陰極線により２次元的に走査される。
【００１４】
以上の説明から明らかなように、試料１８の電子ビ−ムによる走査は像表示装置２３の、陰極線によるスクリ−ンの走査と同期しているので、そのスクリ−ン上には試料１８の走査透過電子像が表示される。前述したように、検出器２１によって検出されるのは検出器絞り２０に投射される電子ビ−ムの中心部分と外周部分との間の中間部分の電子ビ−ムであるから、像表示装置２３に表示される走査透過電子像は暗視野像となる。明視野像ではなく、暗視野像を表示するのはその方が高コントラスト像が得られるからである。
【００１５】
試料１８が電子ビ−ムで照射されると、試料１８からは２次電子、反射電子、Ｘ線等が発生される。発生された２次電子は検出器２９によって検出され、その検出された信号はスイッチ２２を介して像表示装置２３のグリッドに導かれる。すなわち、スイッチ２２の切り替えによって、検出器２１及び２９の出力信号は選択的に像表示装置２３のグリッドに導かれ、検出器２９の出力信号が像表示装置２３に与えられると、像表示装置２３には試料１８の２次電子走査像が表示される。
【００１６】
試料１８から発生されたＸ線はエネルギ−分散形Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）によってエネルギ−分析される。すなわち、Ｘ線は液体窒素で満たされたデユワ３０内に配置された半導体検出器によってパルス電流として検出され、更にそのパルス電流はデユワ３０内に配置された前置増幅器（ＦＥＴ）によって電荷量に比例した波高値をもつ電圧に変換される。この電圧はマルチチャンネル波高分析器３１に導かれ、ここでパルス波高値の識別、すなわちＸ線のエネルギ−分析が行われ、その結果としてのＸ線のエネルギ−スペクトルはエネルギ−スペクトル表示装置３２に表示される。
【００１７】
集束レンズ１６と電子ビ−ム偏向器２４との間には集束絞り３３が配置されている。この集束絞りは大きさの異なる複数個の絞り穴をもっていて、これらの絞り穴のうちの任意の１個を電子光学軸に位置づけ得るように集束絞り３３は絞り支持装置３３ａによって支持及び可動される。絞り穴は試料１８を照射する電子ビ−ムの照射角を決定する。焦点深度及び試料照射電流は試料１８を照射する電子ビ−ムの照射角に応じて変わる。すなわち、照射角が大きいと焦点深度が浅くなり、照射電流が大きくなる。したがって、設定されるべき焦点深度及び照射電流の値に応じて絞り穴の選択が行われる。一般的には、照射角は像観察のときは小さくされ、Ｘ線分析のときは大きくされる。
【００１８】
図示は省略されているが、実際には試料１８付近に浮遊するガス分子をトラップするコ−ルドフインガ−及びこのコ−ルドフインガ−を冷却する、液体窒素を収容したデユワが備えられる。
【００１９】
電子光学系は実際には真空中に配置され、したがって、その真空排気のための真空排気系が実際には備えられるが、簡略化のため、その図示は省略されている。この真空排気系により試料付近は１０-5Ｐａ、電子銃１０、特に電子源１１付近は１０-8Ｐａの圧力に維持される。
【００２０】
像観察の倍率は倍率設定器及び増幅器２６によって例えば数十万倍〜数百万倍に設定可能である。
【００２１】
図３は図１の電子顕微鏡装置２の、側面から見た縦断面図、図４は正面から見た縦断面図、図５は図１の電子顕微鏡装置２の本体部の斜視図、図６は図５の開閉カバ−の部分断面図、図７は図１の電子顕微鏡装置２の平断面図である。
【００２２】
電子顕微鏡装置２は、鏡体部２ａ、電子銃部２ｂ、真空排気系部２ｃ、電子銃リフタ−部２ｄを含む顕微鏡本体部と、操作卓部２ｅと、カバ−部２ｆとを含む。厳密である必要は全くないが、概ね鏡体部２ａは図２の軸合わせ用コイル装置１４から検出器２１までの要素を含み、電子銃部２ｂは図２の電子銃１０を含み、そして操作卓部２ｄは操作卓、像表示装置２３、エネルギ−スペクトル表示装置３２、装置条件や表示条件等を入力したり、変更したりするキ−ボ−ドやマウス等を含む。真空排気系部２ｃは鏡体部２ａ及び電子銃部２ｂの内部を真空排気する部分であり、電子銃リフタ−部２ｄは電子銃部２ｂのメンテナンスのために電子銃部２ｂを持ち上げてその内部の真空を破ったりする部分である。カバ−部２ｆは鏡体部２ａ、電子銃部２ｂ、真空排気系部２ｃ、電子銃リフタ−部２ｄを含む顕微鏡本体部を覆う部分であり、ダウンフロ−による風が滑らかに流れるように下側が広い円錐形、つまり、上から下に向かって滑らかに広がる末広がりの形状をしている。
【００２３】
顕微鏡本体部は架台４１に取り付けられ、架台４１はダンパ−４２を介して、設置床４上に取り付けられいる架台取り付けベ−ス４３上に取り付けられている。この構造によって、床４が振動してもこの振動はダンパ−３２によって吸収され、本体部には伝達されない。また、カバ−部２ｆはその下端において架台取り付けベ−ス４３に固定され、振動的には架台４１及び顕微鏡本体部と独立化されている。したがって、カバ−部２ｆが何らかの原因で振動しても、その振動は顕微鏡本体部、したがって試料１８や電子源１１等には伝達されない。
【００２４】
なお、図３、４及び７において、３３ａは図２の絞り支持装置、１８ａは図２の試料駆動装置、４０は図２に関連して略述したコ−ルドフインガ−用デユワである。
【００２５】
既述したように、クリ−ンル−ム１内には清浄空気のダウンフロ−が形成される。したがって、カバ−部２ｆがない場合は、ダウンフロ−による風が顕微鏡本体部に直接当たるようになり、これによって顕微鏡本体部の振動が引き起こされ、その振動が試料１８や電子源１１等に伝達される。このため、例えば０．５ｎｍ以下というような高分解能を得ることは難しい。この問題を軽減するためには、顕微鏡本体部の外表面からの突出部をできるだけ少なくすること、風の当たる表面積をできるだけ小さくすること、風の当たる面をできるだけ滑らかにすること等の対策を講じることが望ましいが、その対策には限度がある。
【００２６】
これに対して、本発明の実施例では、顕微鏡本体部はカバ−部２ｆで覆われている。したがって、ダウンフロ−による風はこのカバ−部２ｆによって遮蔽され、顕微鏡本体部には直接当たらない。このため、ダウンフロ−による風が原因で顕微鏡本体部が振動することはないから、０．５ｎｍ以下というような高分解能がダウンフロ−による風が原因で低下することは防止される。カバ−部２ｆは顕微鏡本体部に当たろうとするダウンフロ−による風を遮蔽するから、遮蔽体であるということもできる。
【００２７】
カバ−部２ｆが架台４１に取り付けられた場合でも、カバ−部２ｆは顕微鏡本体部の上から下に向かって滑らかに広がる末広がりの形状をしているので、ダウンフロ−による風がカバ−部２ｆに当たることによって発生し顕微鏡本体部に伝達される振動の低減化が図られる。
【００２８】
清浄な空気がダクト３を通るときの音及びダウンフロ−による音は一般的に非常に大きく、７５ｄＢ程度にも達する。このような音は振動に変換され、その振動が顕微鏡本体部に伝達して分解能を低下する原因になることもわかった。しかし、本発明の実施例では、このような音はカバ−部２ｆによって遮蔽され、またその音が変換されて生じる振動がカバ−部２ｆに伝達されても、カバ−部２ｆは顕微鏡本体部と振動的に独立しているので、結局、音やその音が変換されて生じる振動の分解能に与える影響は実質的に防止される。
【００２９】
なお、磁気シ−ルドの必要がない場合は、カバ−部２ｆを磁性体で作る必要がないことは当然である。
【００３０】
クリ−ンル−ム１内にはステッパ、イオンインプラ、電子線描画装置、エッチャ等の半導体製造装置や製造された半導体の検査や評価のための種々の装置が配置される。しかも、クリ−ンル−ム１はその建造に多額の費用がかかるものであるため、スペ−スの利用率を高めようとして、上記種々の装置はできるだけ密に配置される。したがって、そのような種々の装置から漏洩する磁場は顕微鏡本体部の電子光学系に及びやすくなる。電子光学系に漏洩磁場が浸入すると、電子ビ−ムに不正偏向が与えられ、これによって分解能が低下する。
【００３１】
この問題を解決するため、本発明の実施例では、カバ−部２ｆはパ−マロイ等の磁性体で作られている。すなわち、カバ−部２ｆは磁性体で作られているため、顕微鏡本体部に浸入しようとする外来磁場はカバ−部２ｆによってシ−ルドされ、したがって、外来磁場による本体部の電子ビ−ムの不正偏向は実質的に防止される。
【００３２】
顕微鏡本体部内の各種レンズや偏向コイル等は電流が流されることによって発熱し、各種部品に熱歪みが生じるため、これがまた分解能低下の原因となる。このため、レンズ等は一般に冷却される。しかし、何がしかの熱は顕微鏡本体部から放出され、カバ−部２ｆ内に蓄積され、これによって分解能低下がもたらされかねない。
【００３３】
この問題を解決するため、本発明の実施例では、カバ−部２ｆ内の熱を強制的にその外部に放出する排熱ファン５０が設けられている。すなわち、排熱ファン５０によって、カバ−部２ｆの内側が強制的に排気され、その内部の熱が強制的にその外部に排出される。このため、顕微鏡本体部の各部品が必要以上に温度上昇せず、分解能低下防止が図られる。
【００３４】
顕微鏡本体部には試料駆動装置１８ａや絞り支持装置３３ａといった操作部が存在する。カバ−部２ｆはそのような操作部を操作し得るように工夫する必要がある。本発明の実施例では、カバ−部２ｆは操作部と対向する部分に開口をもち、その開口部に該開口部を開閉するための、蓋として機能し得る開閉カバ−２ｆ１が備えられている。すなわち、開閉カバ−２ｆ１は開口部の下側に設けられた防振ゴム等の振動吸収体からなるレ−ルすなわち敷居２ｆ２上を摺動して開閉可能である。これによって、オペレ−タは、操作部を操作するときは開閉カバ−２ｆ１を開き、操作部の操作が必要ないときは開閉カバ−２ｆ１を閉じることができる。また、開閉カバ−２ｆ１が摺動するレ−ル２ｆ２は振動吸収体で構成されているので、開閉カバ−２ｆ１を開閉するときに生じる、分解能低下の原因となる音の低減化が図られる。
【００３５】
開閉カバ−２ｆ１には排熱グリル２ｆ３が設けられている。これは図６及び７に示すように格子状であってもよいし、グリッド状であってもよい。このような排熱グリルを設けると、図６に示すように、ダウンフロ−によってカバ−部２ｆ内の熱が排熱グリル２ｆ３を通してその外部に排出される。したがって、排熱ファン５０が強制排熱を行うものであるのに対して、排熱グリル２ｆ３は自然排熱を行うためのものであるということができる。
【００３６】
なお、排熱グリルは開閉カバ−２ｆ１に設ける代わりに、カバ−部２ｆの、開閉カバ−以外の部分に設けてもよい。その設ける位置は熱が発生しやすい部分やカバ−部２ｆの斜面部分であることが望ましい。後者の場合は、ダウンフロ−がその斜面に沿って流れるきにそのダウンフロ−によりカバ−２ｆの内側の熱がその外部に吸引され、したがって自然排熱の効率が高められる。
【００３７】
操作卓部２ｅの操作卓に向かうオペレ−タにとっては座ったままで卓上での種々の操作や顕微鏡本体部の操作部の操作を行い得ることが望ましい。しかし、前述したように、クリ−ンル−ム１内には種々の装置が密に配置され、しかもクリ−ンル−ムによって各種の装置の配置レイアウトは必ずしも一定でない場合が多い。このため、操作卓の配置位置が固定的であるのは好ましくない。
【００３８】
この問題を解決するために、本発明の実施例では、操作卓部２ｅの操作卓はカバ−部２ｆと、該カバ−部に設けられた操作卓用レ−ル２ｅ１を介してカバ−部２ｆの周りに回動可能なるように結合している。したがって、操作卓を、図７に示すように、クリ−ンル−ム内への装置配置レイアウト等に応じてカバ−部２ｆの周りの任意の位置に移動配置することができる。この場合、カバ−部２ｆの開口部の大きさ、したがってその開口部を開閉する開閉カバ−２ｆ１の大きさは操作卓がその移動範囲内でどこに移動配置された場合でも顕微鏡本体部の操作部を余裕をもって操作し得る程度の大きさにすることが望ましい。
【００３９】
操作卓はカバ−部２ｆと結合しているため、操作卓が移動した場合、カバ−部２ｆが振動しやすい。しかし、カバ−部２ｆは顕微鏡本体部と振動的に独立しているため、カバ−部２ｆの振動は顕微鏡本体部に伝達されない。
【００４０】
図７において、６０は固定板で、その両端には開閉カバ−２ｆ１が通る穴が設けられている。
【００４１】
操作卓部２ｅはカバ−部２ｆや顕微鏡本体部と完全に独立させることも考えられるが、この場合は、顕微鏡本体部と操作卓部２ｅを結ぶ電気配線の扱いが厄介で、外部に露出しやすいので、どうしても不安全となりやすい。これに対して、本発明の実施例では、そのような配線は例えば操作卓用レ−ル２ｅ１を通してなされ得るので、その配線の外部への露出を防止することができるようになり、安全性や美観性が確保される。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、ダウンフロ−による分解能低下を防止するのに適した電子顕微鏡装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にもとづく一実施例の電子顕微鏡装置と該電子顕微鏡装置が配置されるクリ−ンル−ムとの関係を示す斜視図。
【図２】本発明にもとづく電子顕微鏡装置で採用される、信号検出系を含む電子光学系の一例を示す図。
【図３】図１の電子顕微鏡装置の、側面から見た縦断面図。
【図４】図１の電子顕微鏡装置の、正面から見た縦断面図。
【図５】図１の電子顕微鏡装置の本体部の斜視図。
【図６】図５の開閉カバ−の部分断面図。
【図７】図１の電子顕微鏡装置の平断面図。
【符号の説明】
１：クリ−ンル−ム、２：電子顕微鏡装置、３：ダクト、４：床、１０：電子銃、１５、１６：集束レンズ、１８：試料、１８ａ：試料駆動装置、２０：検出器絞り、２１、２９：検出器、２３：像表示装置、３２：エネルギ−スペクトル表示装置、３３：集束絞り、３３ａ：絞り支持装置、２ａ：鏡体部、２ｂ：電子銃部、２ｃ：真空排気部、２ｄ：電子銃リフタ−部、２ｅ：操作卓部、２ｆ：カバ−部、２ｆ１：開閉カバ−部、２ｆ２：レ−ル、２ｆ３：排熱グリル、２ｅ１：操作卓用レ−ル。
【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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