JPH11154478A - 電子顕微鏡装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】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。 【解決手段】電子顕微鏡装置は清浄空気のダウンフロ−
が形成されているクリ−ンル−ム内に配置される。電子
顕微鏡装置の顕微鏡本体部を構成する鏡体部２ａ、電子
銃部２ｂ、真空排気系部２ｃ及び電子銃リフタ−部２ｄ
はカバ−部２ｆによって覆われる。したがって、ダウン
フロ−による風や音ははカバ−部２ｆによって遮蔽さ
れ、顕微鏡本体部に影響を与えることはない。このた
め、ダウンフロ−等による振動が顕微鏡本体内の電子光
学部品に伝達されないため、その振動による分解能低下
が防止される。

Description

【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１
００ｋＶ〜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２
３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２
２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１
８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２
ｆ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、４
０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、７５ｄ
Ｂ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２
ｆ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、３３
ａ：絞り支持装置、２ａ：鏡体部、２ｂ：電子銃部、２
ｃ：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、２ｆ
２：レ−ル、２ｆ３：排熱グリル、２ｅ１：操作卓用レ
−ル。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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電子顕微鏡装置。
2. 【請求項２】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電
   子顕微鏡装置。
3. 【請求項３】前記カバ−は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
   徴とする請求項２に記載された電子顕微鏡装置。
4. 【請求項４】前記カバ−は前記顕微鏡本体部と振動的に
   独立化されていることを特徴とする請求項２又は３に記
   載された電子顕微鏡装置。
5. 【請求項５】前記カバ−は磁性体で作られていることを
   特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載された電子顕
   微鏡装置。
6. 【請求項６】前記カバ−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請求項２
   〜５のいずれかに記載された電子顕微鏡装置。
7. 【請求項７】前記顕微鏡本体部は操作部を有し、前記カ
   バ−は前記操作部と対向する部分に開口部を有し、該開
   口部に該開口部を開閉する開閉カバ−を設けたことを特
   徴とする請求項２〜６のいずれかに記載された電子顕微
   鏡装置。
8. 【請求項８】前記開閉カバ−に排熱グリルを設けたこと
   を特徴とする請求項７に記載された電子顕微鏡装置。
9. 【請求項９】操作卓を含み、該操作卓は前記カバ−に該
   カバ−の周りに移動可能なるように結合されていること
   を特徴とする請求項２〜８のいずれかに記載された電子
   顕微鏡装置。
10. 【請求項１０】前記顕微鏡本体部は走査形透過電子顕微
    鏡のものであることを特徴とする請求項１〜９のいずれ
    かに記載された電子顕微鏡装置。