CN104040677A - 具备真空容器的带电粒子线照射装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供利用比较简单的结构来实现试料或试料台的冷却的带电粒子线照射装置。作为达到上述目的的一方案，带电粒子线照射装置具备带电粒子源、试料台、及具有传递用于使该试料台移动的驱动力的传递机构的驱动机构，其中，该带电粒子线照射装置具有配置于真空室内且能收容离子液体(12)的容器，该容器设置于在收容有所述离子液体(12)时使所述传递机构的至少一部分浸渍于离子液体(12)中的位置。

Description

具备真空容器的带电粒子线照射装置
技术领域
本发明涉及具备真空容器的带电粒子线照射装置，特别涉及具备对作为带电粒子线的照射对象的试料、用于搭载照射对象的试料台或用于驱动该试料台的驱动机构进行冷却的冷却机构的带电粒子线装置。
背景技术
作为具备真空容器的带电粒子线装置的一形态的离子铣削装置是如下的装置：在真空排气后的试料室内设置试料，对试料照射施加到10kV程度以下的氩离子束，利用物理溅射现象使原子从试料表面弹飞，无应力地削减试料。离子铣削装置例如在制作扫描电子显微镜用试料时使用。
制作扫描电子显微镜用试料的情况下的离子束的照射条件例如为加速电压10kV左右、离子束电流200μA左右。此时，通过离子束照射对试料赋予的热量为2J/s左右。在离子铣削装置中，离子束照射范围为φ5mm左右，加工时间有时超过几小时。在试料为高分子材料等低熔点试料的情况下，长时间加工时的温度上升是不可忽视的，因此需要冷却试料。
在非专利文献1中介绍了用于在真空试料室内冷却试料的使用液态氮或珀耳帖元件的冷却机构，并记载了使用铜制的编织线等将设置于试料室外的液态氮杜瓦瓶与试料台连接的冷却方式、用配管将液态氮杜瓦瓶与试料台连接而作为制冷剂来使用的冷却方式。
在专利文献1中公开了在基板保持架上设置冷却气体通路来对加工对象试料进行冷却的离子铣削装置。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-109330号公报
非专利文献
非专利文献1：日本电子显微镜学会关东支部，扫描电子显微镜，共同出版，pp141
发明内容
发明要解决的课题
另一方面，与专利文献1所公开的装置不同，在离子铣削装置中存在改变光束相对于试料表面的入射角度等来进行加工的装置。在该情况下，在用于保持试料的试料台上设有倾斜机构、旋转机构，但若这样使驱动机构和冷却机构并存于试料台的话，则会使结构变得复杂。另外，也考虑如非专利文献1所说明的那样，在试料台那样的移动物体与设置有冷却介质那样的非移动物体之间夹设热传递机构，这样的话由于两者的相对位置发生变化，因此热传递介质与其他构件摩擦而发生劣化。
而且，在将半导体器件作为测定对象那样的扫描电子显微镜中，在进行OPC(Optical Proximity Correction)模式的评价等情况下，有时测定对象在一张晶片上达到几千点，此时，由于在试料台的滑动部产生的热，而产生晶片的热延伸、像漂移，存在难以将电子显微镜的视场定位于测定对象位置的情况。在这样的扫描电子显微镜中，也期望对试料、试料台进行冷却，但仍需要使用来驱动试料台的驱动机构和冷却机构并存，结构变得复杂。
以下，说明将利用比较简单的结构来实现试料或试料台的冷却作为目的的具备真空容器的带电粒子线照射装置。
用于解决课题的方案
作为达成上述目的的一方案，带电粒子线照射装置具有：带电粒子源；用于载置由该带电粒子源照射的试料的试料台；具有传递用于使该试料台移动的驱动力的传递机构的驱动机构；将载置所述试料的气氛维持为真空状态的真空室；配置于该真空室内且能收容离子液体的容器，该容器设置于在收容有所述离子液体时使所述传递机构的至少一部分浸渍于离子液体中的位置。
发明效果
离子液体能够在真空气氛内维持液体状态，因此，通过使驱动机构的驱动力传递机构处于浸渍于离子液体的状态，由此能在传递驱动力的同时抑制试料或试料台的蓄热。
本发明的其他目的、特征及优点根据关于附图的以下的本发明的实施例的记载而得以明确。
附图说明
图1是表示离子铣削装置的一例的图。
图2是表示带有试料的温度控制的由离子铣削装置进行的加工工序的流程图。
图3是表示具备倾斜机构的离子铣削装置的一例的图。
图4是表示离子枪的位置与试料台的倾斜角度的关系的图。
图5是表示具备冷却机构的试料台的一例的图。
图6是表示扫描电子显微镜的一例的图。
图7是表示根据试料的种类存储控制温度的数据库的一例的图。
具体实施方式
以下，说明有效地抑制试料、试料台的蓄热的带电粒子线装置。
实施例1
在本实施例中，说明用于制作扫描电子显微镜等的试料的离子铣削装置。在本实施例中，特别说明如下的离子铣削装置，该离子铣削装置具备在没有用铜制的编织线或制冷剂配管等将设于试料室外的液态氮杜瓦瓶与试料台直接连接的情况下对试料进行冷却的冷却机构。
以下所说明的离子铣削装置需要适时改变离子束向试料表面的入射角。具体而言，在设置试料的工作台上设有使试料相对于所照射的离子束旋转的旋转机构、倾斜机构。因此，难以通过铜制的编织线或制冷剂配管等将设于试料室外的液态氮杜瓦瓶等与试料台直接连接。
因此，本实施例的装置构成为，在试料室内部设置具有使用了能在真空中维持液体状态的离子液体的冷却介质的机构，并设置从试料室外部对所述冷却介质进行温度调节而将与冷却介质接触的试料台直接冷却的机构。另外，在本实施例中，对于在使用了所述离子液体的冷却介质中设置试料台的驱动机构，能同时进行试料台的冷却和试料台的旋转驱动及摆动驱动的离子铣削装置进行说明。
图1是表示具备能控制试料温度的试料台的离子铣削装置的一例的图。图1所例示的离子铣削装置包括离子枪1、试料室6、真空排气用泵7、及试料台5。该离子铣削装置是电子显微镜用试料的前处理装置，由离子枪1产生离子3，从离子枪1向试料4照射离子束2，从而使原子从试料4表面弹飞，无应力地平滑削减试料4。在本实施例中，作为用于冷却试料的冷却介质，使用了离子液体12。本实施例的离子铣削装置构成为：以试料台5的一部分浸渍于离子液体12中的方式配置试料台5，设置用于调整所述离子液体12的温度的温度控制器13，借助所述离子液体12直接对所述试料台5及试料4进行冷却。另外，本实施例的离子铣削装置构成为：利用电动机9使蜗轮8旋转，将旋转的变动向正齿轮10传递，使用设于试料台5下部的球形万向节11使试料台5整体旋转。而且，本实施例的离子铣削装置具备能改变向试料4表面照射的离子束2的照射角度的离子枪移动机构。
如图1例示那样，作为制冷剂的离子液体以无遗漏地覆盖浸渍于该离子液体中的驱动机构表面的方式与驱动机构接触，因此能提高冷却效率。另外，离子液体即使在真空室内也不会蒸发，因此，基于设置液体槽这样简单的结构就能设置冷却机构。
图2是表示试料的温度调整工序的流程图。在图2的例子中，说明使用借助安装有温度控制器13的离子液体12来直接冷却试料台5及试料4这样的机构对试料进行冷却的工序。
在本例中，与离子铣削装置的动作相应地进行使用温度控制器13的温度控制，从而来适当地管理试料的加工中及试料取出时的离子液体12、试料台5及试料的温度。
首先，将试料室(真空室)向大气开放(步骤201)，将试料4安置于装置主体的试料台5上，开始试料室的真空排气(步骤202)。在试料室的真空排气结束(步骤203)之后，接通温度控制器13(步骤204)。与此同时，使用内置于温度控制器13的温度计开始测定离子液体的温度(步骤205)。
经由以上的状态，开始使用离子束的试料的加工(步骤206)。在进行加工的状态下，使用温度控制器13来确认离子液体的温度是否保持室温(设定温度)(步骤207)。在加工中离子液体的温度为室温(设定温度)的情况下，持续该状态一直到加工结束(步骤209)。另一方面，在加工中离子液体的温度从室温(设定温度)发生了变化的情况下，利用温度控制器进行温度调整，直到离子液体的温度成为室温(设定温度)(步骤208)。
如以上所述，使用温度控制器13确认在使用离子束的加工中离子液体是否被保持为设定温度，在判断为不满足设定温度的情况下，进行控制以使离子液体的温度成为设定温度。
加工结束(步骤209)后，利用温度控制器确认离子液体的温度与大气中的温度是否相同(步骤210)。此时，在离子液体的温度与大气中的温度相同的情况下，停止由温度控制器进行的温度控制(步骤211)，将真空室开始向大气开放(步骤212)。
另一方面，在离子液体的温度与大气中的温度不同的情况下，利用温度控制器进行温度调整，直到离子液体成为室温(设定温度)(步骤208)。在温度调整之后，停止由温度控制器进行的控制，开始向大气开放(步骤211、212)。在利用未图示的真空计或计时器判断为真空室恢复到大气压时，结束向大气开放(步骤213)。
如以上所述，通过在试料加工时及试料导入前后将试料台控制为规定温度，从而能抑制对试料的热损伤。
根据上述实施例，在电子显微镜及离子铣削装置等中，不受试料台的旋转驱动及摆动驱动的限制，使用冷却机构在高分子材料等熔点比较低的试料的加工中减轻离子束引起的热损伤，从而能减轻因软化引起的试料的变形或结构的破坏。
图3是说明图1的离子铣削装置还具备倾斜机构的例子的图。图3所例示的离子铣削装置构成为将试料台5设置于能倾斜运动的工作台基座17上。工作台基座17经由驱动轴16被电动机15驱动，在离子束的照射中进行以驱动轴16为倾斜轴的倾斜往复运动。在如图3所例示的结构中，也能将驱动机构的一部分浸渍于离子液体12中，因此，能够利用由温度控制器13进行的温度控制来进行适当的温度管理。
图4是表示离子铣削装置中的离子枪1的位置与试料台5之间的位置关系的图。图3所例示那样的倾斜运动由图3所例示的倾斜机构来进行。将离子枪1配置于相对于装置的铅垂方向18倾斜了45度的位置，在图4(a)所示的试料台5的倾斜为0度的情况下，向试料表面照射的离子照射角度为45度。同样地，在图4(b)所示的试料保持架表面向离子枪方向倾斜了45度的情况下，向试料表面照射的离子照射角度为0度。另外，在图4(c)所示的试料保持架表面向离子枪方向倾斜了45度的情况下，向试料表面照射的离子照射角度为90度。本实施例的离子铣削装置构成为通过将离子枪1预先配置于相对于装置的铅垂方向18倾斜的位置，使所述试料台5在所述冷却介质内向左右倾斜，由此来改变向试料表面照射的离子束的照射角度，并且构成为直接浸渍于作为冷却介质的离子液体12中的试料台5不会向离子液体12外露出而持续冷却试料台5及试料4。
实施例2
接着，使用附图对具备将离子液体作为温度传递介质的冷却机构的带电粒子线装置的一形态即电子显微镜进行说明。
图6是表示作为带电粒子线装置的一形态的扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope：SEM)的概要的图。需要说明的是，本实施例以SEM为例进行说明，但也可以在其他带电粒子线装置(例如聚焦离子束(Focused Ion Beam：FIB)装置)、使用电子束在试料上绘制图案的电子线绘制装置中应用以下的实施例。
由引出电极602从电子源601引出且由未图示的加速电极加速了的电子束603在由作为聚焦透镜的一形态的聚光透镜604会聚之后，通过扫描偏转器605在试料609上进行一维或二维扫描。电子束603由于施加到内置于试料台608的电极上的负电压而被减速，且在物镜606的透镜作用下聚焦而照射到试料609上。
当电子束603照射到试料609时，从该照射部位放出二次电子及后方散射电子那样的电子610。放出的电子610在基于对试料印加的负电压的加速作用下向电子源方向加速，与转换电极612冲撞而产生二次电子611。从转换电极612放出的二次电子611被检测器613捕捉，根据捕捉到的二次电子量而检测器613的输出发生变化。与该输出相应地，未图示的显示装置的亮度发生变化。例如，在形成二维像的情况下，通过使向扫描偏转器605的偏转信号和检测器613的输出同步来形成扫描区域的图像。需要说明的是，在图3的例子中，说明了将从试料放出的电子经由转换电极进行一端转换来检测的例子，但当然并不限定于这样的结构，例如也可以为在加速了的电子的轨道上配置电子倍增管、检测器的检测面那样的结构。
控制装置512对扫描电子显微镜的各结构进行控制，并且具备基于检测出的电子来形成图像的功能、基于被称作谱线轮廓(line profile)的检测电子的强度分布来测定在试料上形成的图案的图案宽度的功能。
另外，在真空试料室607连接有未图示的真空泵，对其内部空间进行真空排气。试料台608的至少一部分收容于液体槽502。
图5是表示构成驱动机构的机械要素和收容作为温度传递介质的离子液体的液体槽502的关系的图。本实施例的主旨在于，通过将从动力源到试料(或试料台)的驱动力传递路径的至少一部分浸渍于离子液体中，由此来抑制试料或试料台的蓄热。图5中例示了电子显微镜等带电粒子线照射装置所用的X-Y工作台。在本实施例中，为了便于说明，说明一方向(X方向或Y方向)的工作台的驱动力传递机构，但在为X-Y工作台的情况下，在两方向上设置图5所例示的驱动力传递机构。
另外，在实施例1中，说明了将试料的旋转机构、倾斜机构的驱动力传递机构浸渍于收容有离子液体的液体槽中的例子，但例如也可以将Z方向(在电子显微镜的情况下为光束的光轴方向)的驱动工作台机构的驱动机构浸渍于液体槽中。需要说明的是，若为热传导性高的试料台，则通过冷却X方向的移动机构或Y方向的移动机构中的一方就能冷却至试料，因此，在该情况下，即使移动方向为两方向，将一方(位于下方的移动机构)浸渍于离子液体中即可。
工作台501构成为能利用从电动机等驱动源503经由齿轮504、齿轮505、锥齿轮506、锥齿轮507及滚珠丝杠508传递来的驱动力而向未图示的方向移动。该工作台机构的一部分包含于收容离子液体的液体槽502中。
另外，温度计517和冷却机构518以浸渍于离子液体的方式设置在液体槽502中。冷却机构518例如由珀耳帖元件那样的温度控制机构构成。而且，温度计517和冷却机构518与控制装置512相连接。在控制装置512内置有使用温度计517进行离子液体的温度计测的温度检测部514、算出由温度检测部514检测出的温度和预先存储于存储器516等中的目标温度的差量的比较部515、及根据由该比较部515求出的差量来控制温度控制机构的温度控制部513。另外，在存储器516中登记有图7所例示那样的根据试料的种类存储适当的温度条件的数据库。
在SEM中，可能因试料台与试料的温度差而产生像漂移等，但如本实施例这样，通过进行将离子液体作为温度传递介质的温度管理，由此能降低两者的温度差，结果是能抑制像漂移等。另外，在根据试料的种类而漂移的程度发生变化的情况下，通过预先构筑图7所例示那样的数据库，由此无论试料的种类如何，都能抑制像漂移。而且，即使在由于工作台的连续移动而使工作台温度上升的情况下，也能适当地控制工作台温度。
假设将构成该图5所例示的驱动机构的机械要素分为三个时，可分为最接近驱动源503的第一机械要素509、与离子液体接触的第二机械要素510、及位于第二机械要素510与试料台501之间的第三机械要素511。本实施例的主旨在于，通过至少将第二机械要素浸渍于离子液体来对试料或试料台进行冷却。
更具体而言，将由动力源(例如驱动源503)或被该动力源传递动力的机械要素(齿轮、齿条、小齿轮、传动装置、链轮、齿轮的轴等上游的机械要素(例如第一机械要素509))传递动力的下游的机械要素、即位于比动力源或上述上游的机械要素偏靠重力场所朝向的方向(下方)的机械要素(例如第二机械要素510)浸渍于离子液体中。另外，第二机械要素向比离子液体偏靠上方(与重力场所朝向的方向相反的方向)的试料台或者比离子液体偏靠上方且向试料台传递动力的机械要素(例如第三机械要素511)传递动力。这样选择性地将第二机械要素浸渍于离子液体中，由此能使从试料台传递来的热与离子液体进行热交换而从试料台散出。离子液体在重力的作用下积存于容器(液体槽)底侧，因此，通过将用于动力传递的机械要素构成为暂时朝向下方延伸后再次朝向上方延伸，由此无需将动力源、试料台(或试料)浸渍于离子液体中，而能选择性地将机械要素的一部分浸渍于离子液体中。
根据这样的结构，在真空室内，能将冷却用的温度传递介质(离子液体)配置成与机械要素的表面密接且覆盖机械要素的表面，因此，能高效率地对试料或试料台进行冷却。
上述记载是关于实施例而作成的，但本发明并不限于此，对本领域技术人员来说当然可以在本发明的主旨和权利要求书的范围内进行各种变更及修正。
符号说明
1 离子枪
2 离子束
3 离子
4 试料
5 试料台
6 试料室
7 真空排气用泵
8 蜗轮
9、15 电动机
10 正齿轮
11 球形万向节
12 离子液体
13 温度控制器
14 离子枪移动机构
16 驱动轴
17 工作台基座
18 装置的铅垂方向

Claims (11)

1.一种带电粒子线照射装置，其特征在于，具有：
带电粒子源；
用于载置由该带电粒子源照射的试料的试料台；
具有传递用于使该试料台移动的驱动力的传递机构的驱动机构；
将载置所述试料的气氛维持为真空状态的真空室；
配置于该真空室内且能收容离子液体的容器，
该容器设置于在收容有所述离子液体时使所述传递机构的至少一部分浸渍于离子液体中的位置。
2.根据权利要求1所述的带电粒子线照射装置，其特征在于，
具备控制所述容器内的温度的温度控制机构。
3.根据权利要求1所述的带电粒子线照射装置，其特征在于，
所述传递机构具备第二机械要素，该第二机械要素比动力源或由该动力源传递驱动力的第一机械要素偏靠重力场所朝向的方向配置，且由该第一机械要素传递驱动力，该第二机械要素浸渍于所述离子液体中。
4.根据权利要求1所述的带电粒子线照射装置，其特征在于，
所述驱动机构具备使所述试料旋转的旋转机构，至少该旋转机构所包含的齿轮浸渍于所述离子液体中。
5.根据权利要求1所述的带电粒子线照射装置，其特征在于，
所述驱动机构具备使所述试料倾斜的倾斜机构，通过该倾斜机构进行倾斜的部分浸渍于所述离子液体中。
6.根据权利要求5所述的带电粒子线照射装置，其特征在于，
在通过所述倾斜机构进行倾斜的部分上设有使所述试料旋转的旋转机构，该旋转机构的至少一部分浸渍于所述离子液体中。
7.根据权利要求1所述的带电粒子线照射装置，其特征在于，
具备控制所述容器内的温度的温度控制机构，该温度控制装置将所述离子液体维持为规定温度。
8.根据权利要求1所述的带电粒子线照射装置，其特征在于，
所述带电粒子线照射装置为离子铣削装置。
9.一种带电粒子线照射装置，其特征在于，具有：
带电粒子源；
用于载置由该带电粒子源照射的试料的试料台；
具有传递用于使该试料台移动的驱动力的传递机构的驱动机构；
将载置所述试料的气氛维持为真空状态的真空室；
配置于该真空室内且能收容离子液体的容器，
所述驱动机构包括：由用于驱动试料台的驱动源传递驱动力的第一机械要素；由该第一机械要素传递驱动力且相对于所述第一机械要素位于重力场所朝向的方向的第二机械要素；位于该第二机械要素与所述试料台之间的第三机械要素，所述容器位于使该第二机械要素浸渍于所述离子液体中的位置。
10.根据权利要求9所述的带电粒子线照射装置，其特征在于，
具备控制所述容器内的温度的温度控制机构。
11.根据权利要求10所述的带电粒子线照射装置，其特征在于，
具备检测所述容器内的温度的温度计，所述温度控制机构基于该温度计的检测温度来控制所述离子液体的温度。
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