CN110337707B

CN110337707B - 带电粒子线装置

Info

Publication number: CN110337707B
Application number: CN201780084642.6A
Authority: CN
Inventors: 吉原真衣; 大南祐介
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2017-02-13
Filing date: 2017-02-13
Publication date: 2021-09-28
Anticipated expiration: 2037-02-13
Also published as: JP6764953B2; CN110337707A; JPWO2018146804A1; US20190378687A1; WO2018146804A1; US11239051B2

Abstract

本发明的目的在于提供一种不使机箱尺寸大型化地用带电粒子线装置和摄像机观察同一视野的装置。本发明的一方案的带电粒子线装置具备向试样(7)照射带电粒子线的镜筒(2)、拍摄试样的光学图像的摄像部(43)、载置试样的试样台(30)、载置试样台且能移动的载物台(6)，构成为，若将试样台的物理性的中心轴与摄像部的物理性的光轴之间的距离定义为第一距离、将试样台的假想性的中心轴与摄像部的物理性的中心轴、或试样台的物理性的中心轴与摄像部的假想性的中心轴、或试样台的假想性的中心轴与摄像部的假想性的中心轴之间的距离定义为第二距离，则第二距离比第一距离短。

Description

带电粒子线装置

技术领域

本发明涉及带电粒子线装置。

背景技术

扫描型电子显微镜(SEM)、透过型电子显微镜(TEM)等的电子显微镜为了观察物体的细微构造而在宽度大的领域中使用。电子显微镜能够获得高倍率信息、高分辨率信息，但不能得到颜色信息、低倍率信息。另一方面，光学式的摄像摄像机(以下，摄像机)、光学显微镜可得到色信息、低倍率信息，但不能得到高倍率信息、高分辨率信息。在此，公开了进行SEM观察之前用设置于SEM装置外部且控制摄影位置的摄像机而拍摄试样的技术(专利文献1)。另外，公开了在具备SEM的真空机箱内具备光学式的观察装置的装置(专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平10-003875号公报

专利文献2：日本特开昭60-218845号公报

发明内容

发明所要解决的课题

根据上述现有技术，由于将试样从SEM的光轴搬运至摄像机的光轴的必要性，真空机箱的尺寸会大型化。这是因为，摄像机为了焦点距离，难以使摄像机靠近SEM的物镜困难，还有向真空中难以导入摄像机的情况。另一方面，在桌上型的小型SEM等中，由于在桌上配置装置而对装置尺寸具有限制，难以使真空机箱大型化。因此，在小型真空机箱内安装摄像机的情况下，存在用摄像机中仅能观察试样端部的课题。

因此，本发明的目的在于提供一种不使机箱尺寸大型化地用带电粒子线装置和摄像机观察同一视野的装置。

用于解决课题的方案

本发明的一方案的带电粒子线装置具备向试样照射带电粒子线的镜筒、拍摄试样的光学图像的摄像部、载置试样的试样台、载置试样台且能移动的载物台，若将试样台的物理性的中心轴与摄像部的物理性的光轴之间的距离定义为第一距离、将试样台的假想性的中心轴与摄像部的物理性的中心轴、或试样台的物理性的中心轴与摄像部的假想性的中心轴、或试样台的假想性的中心轴与摄像部的假想性的中心轴之间的距离定义为第二距离，则第二距离比第一距离短。

发明效果

根据本发明，能够提供一种不使机箱尺寸大型化地用带电粒子线装置和摄像机观察同一视野的装置。

附图说明

图1是SEM的整体构成图。

图2是表示SEM中的摄像机有无的不同的图。

图3是表示使用了轴偏离试样台的SEM的图。

图4是轴偏离试样台的构成图。

图5是表示使用了反射镜的SEM的图。

图6是表示使用了轴偏离试样台和反射镜的SEM的图。

图7是表示使用了倾斜摄像机的SEM的图。

图8是观察视野范围的说明图。

图9是使用轴偏离试样台的情况的流程图。

具体实施方式

在以下的实施例中，作为带电粒子线装置的一方案使用SEM进行说明，但也能够适用于TEM、STEM(扫描透过电子显微镜)、扫描离子显微镜、扫描型探测显微镜、光学显微镜、激光显微镜等。

图1是SEM的整体构成图。该SEM是从带电粒子线源3(在此为电子源)对配置于真空或大致真空的空间9中的试样7照射带电粒子线(在此为电子线)进行观察的装置，主要由带电粒子光学镜筒2(以下为镜筒)、与镜筒2连接并支持镜筒的机箱8、载物台6、反射镜42、摄像机(摄像部)43、控制多种构成元件的控制部21等构成。镜筒2与机箱8的内部由泵10进行真空排气。

载物台6具备相对于SEM接地面在左右方向上进行驱动试样7的XY驱动机构、在高度方向进行驱动的Z轴驱动机构、在旋转方向上进行驱动的R驱动机构等。通过这些驱动机构，能够使试样7中的目标观察部位移动到视野的中心。在载物台6上配置载置试样7的后述的轴偏移试样台30。

镜筒2由电子源3、较细地对电子线节流的聚光透镜11、使电子线在试样7上扫描的偏向线圈12、使电子线的焦点与试样7的表面重合的物镜13等构成。在镜筒2的下端部配置检测由电子线的照射而得到的二次带电粒子(二次电子或反射电子等)的检测器4，基于由检测器4得到的信号形成试样7的图像。

摄像机43配置于从物镜13的中心轴偏离的位置且该物镜13的下侧。

控制部21控制泵10、电子源3、聚光透镜11、偏向线圈12、物镜13、其他各部分。控制部21经过前置放大器等的增幅器5接收检测器4的输出信号，转换为数字图像信号并在显示部20上显示图像。显示部20连接于控制部21且具备显示SEM的操作画面(GUI)的显示器、向操作画面的输入部(键盘、鼠标等)。

控制部21既可以通过专用的电路基板作为硬件构成，也可以是通过通用CPU执行存储于存储装置中的软件实现各种功能的结构。另外，控制部21可以分为进行与显示部20通信的上位控制部、进行真空排气系统、带电粒子光学系统等的控制的下位控制部。

而且，SEM的结构并不限于图1，例如，检测器4既可以位于镜筒2的内部，也可以包括图1所示的元件以外的透镜、电极、检测器等。另外，控制部、泵、通信用的配线等的变形例只要满足本实施例中所要求的功能，则不特别限定。增幅器5也不是必须的。而且，检测器4在为能检测透过信号的透过检测器的情况下，可以位于试样正下方或其附近。

实现上述各功能的程序、其他信息能够储存于存储器、硬盘、SSD(Solid StateDrive)等存储装置、或IC卡、SD卡、光盘等的存储介质中。

其次，关于本实施例的详细内容进行说明。图2是表示SEM中的摄像机的有无的不同的图，在图2A中表示不具备摄像机43的状态，在图2B中表示具备摄像机43的状态。

首先，从装置小型化的观点出发，研究尽可能地使摄像机43靠近镜筒而配置的情况。将SEM的光轴41与摄像机43的光轴44的距离作为L、镜筒2的半径作为R、摄像机43的半径作为r时，L、R、r的关系用以下的式(1)表示

L≧R+r························(1)

其次，将试样7的中心位于SEM的光轴41上的情况下的试样位置作为位置200、将可观察试样端的位置或试样端最靠近机箱8的侧面的位置作为位置201。将SEM中不具备摄像机43的状态下的机箱8的尺寸作为w、将搭载了摄像机43的状态下的机箱8的尺寸作为x、将在到达摄像机光轴44上配置试样7的中心时的位置之前配置试样7时的机箱8尺寸的增加量作为Δx，x、w、

Δx的关系用以下的式(2)表示。

x＝w+Δx··················(2)

在本实施例中，提供将该Δx变小的方案。若考虑用摄像机43观察在SEM中观察的试样7的中心，则Δx由于与载物台的移动距离a的增加量相等，因此Δx、L、a的关系用以下的式(3)表示。

Δx＝L-a·················(3)

即，为了使Δx缩小可以使L缩小或使a增大。但是，为了能够用SEM观察试样整体，需要载物台的移动距离a的加倍长度是机箱8的尺寸(直径为2a)。因此，机箱8的尺寸w的条件用以下的式(4)表示。

w≧4a····················(4)

即，若使a增大则w就会增大。可是，在本实施例中，将不使机箱8的尺寸大型化作为目的。因此，为了实现提供不使机箱8的尺寸大型化地用SEM和摄像机观察同一视野的装置的目的，仅使L变小。以下，关于通过使L变小而使Δx变小的方法进行说明。

图3是表示使用了轴偏离试样台的SEM的图。图3A表示轴偏离试样台30的试样基座部105位于可以向两侧仅驱动距离a的载物台6的中心位置的情况，图3B表示试样基座部105从载物台6的中心位置向机箱8的侧面侧仅移动距离a的情况。轴偏离试样台30具有使试样7中的观察部位的中心轴101与试样基座部105的中心轴106仅以距离q偏离的轴偏离部103。

在此，将未进行轴偏离的情况下的试样台的中心轴106称为“试样台的物理性中心轴”、将通过轴偏离部103而仅偏离距离q的中心轴101称为“试样台的假想中心轴”、将摄像机43的光轴44称为“摄像部的物理性光轴”。并且，将试样台的物理性中心轴106与摄像部的物理性光轴44之间的距离定义为第一距离L、将试样台的假想性中心轴101与摄像部的物理性中心轴44之间的距离定义为第二距离L-q，第二距离比第一距离短(L＞L-q)。另外，为了用摄像机43观察试样所需要的上述机箱8的尺寸的增加量Δx与L、q、a的关系用以下的式(5)表示。

Δx＝(L-q)-a······················(5)

即，与式(3)比较，为L置换为L-q的形式，Δx变小。如从图3A与图3B的比较所示，若具有该轴的偏离量的距离q，则即使载物台的移动距离a比距离L小，也能用摄像机43观察试样上的观察部位。尤其如果Δx＝(L-q)-a＝0·········(5)’，则即使向机箱8导入摄像机43，机箱8的尺寸也不会变大。

图4是轴偏离试样台的构成图。图4A的轴偏离试样台30具备载置试样7的配置台102、调整螺栓107、螺母108、轴偏离部103以及基座104。另外，轴偏离试样台30具有配置台102的中心轴101、及基座104的中心轴106，这两个轴的距离为q。在轴偏离部103上连接基座104。基座104的中心轴是中心轴106，能够配置于试样基座部105上。试样基座部105载置于载物台6，通过移动载物台6而移动试样基座部105。配置台102通过调整螺栓107连接于轴偏离部103。在配置台102的中心配置观察部位100。

轴偏离部103在观察部位的中心轴101上具有阴螺纹，调整螺栓107具有与阴螺纹对应的直径，能够根据试样7的高度变更配置台102的高度。若对中心轴101施加纵向的力，则由于调整螺栓107在上下方向上移动，因此使用螺母108固定调整螺栓107。螺母108在中央具有与调整螺栓107对应的阴螺纹，通过与轴偏离部103接地并紧固，能够固定调整螺栓107的高度。

在此，为了平行地保持轴101与轴106，轴偏离部103具有防转销109。防转销109固定轴偏离试样台30的角度。而且，在以不允许轴偏离试样台30旋转的方式固定的机构位于载物台6或轴偏离试样台30上的情况下，可以不设置防转销109。

图4B表示在轴偏离部103上直接配置试样7的结构。在此，在多个观察试样的高度一定时，由于可以不进行调整螺栓的高度调节，因此能够降低因使用调整螺栓而导致的振动增加。

图4C表示配置台102直接载置于轴偏离部103上的结构。作为通常的试样台使用的情况下，以基座104的中心轴106与观察部位的中心轴101一致的方式配置。作为轴偏离试样台30使用的情况下，仅以距离q使观察部位的中心轴101滑动地配置配置台102。

就轴偏离试样台30的结构而言，只要观察部位的中心轴101与基座104的中心轴106以距离q偏离即可，并不限于图4中的内容。另外，配置台102以及轴偏离部103的形状可以是任意形状，如圆形(椭圆形)、四边形(长方形、菱形)都可以。

其次，说明使用反射镜使Δx变小的方法。图5是表示使用了反射镜的SEM的图。在此，反射镜42相对于中心轴101呈预定的角度地配置于镜筒2的旁边。摄像机43配置于机箱8的侧面，具有相对于反射镜42的摄像透镜。从摄像机43射出的光轴44的光由于以与入射到反射镜42的入射角度相同的角度弯曲，因此外观上，由反射镜42反射的光的光轴45为摄像机的中心轴44。即，通过反射镜42假想与镜筒2接触地配置物理上不可能配置的摄像机43(假想摄像机43’)。

在由反射镜42反射的摄像机的光轴45与观察部位的中心轴101为同轴的方式配置的情况下，用摄像机43通过反射镜42能够观察观察部位100。将从SEM的光轴41至由反射镜42反射的摄像机的光轴45的距离作为L”，Δx、L”、a的关系用以下的式(6)表示。

Δx＝L”-a··························(6)

而且，以下的式(7)成立。

L≧R+r≧L”························(7)

而且，反射镜42配合镜筒2下部的形状、角度地配置，但在配置顺序中，也能够为R＞L”。即，由于反射镜42相比于摄像机43配置于镜筒2的附近，因此为L＞L”····(8)。

即，将假想摄像机43’的光轴45称为“摄像部的假想性的光轴”，若将试样台的物理性的中心轴与摄像部的假想性的中心轴之间的距离定义为第二距离L”，则第二距离比第一距离短(L＞L”)。

本结构中重要的部分是在从电子源3的方向观察时，镜筒2的一部分与反射镜42的一部分重合(图中M部)。

在图5A中，以试样7或试样接地面(试样台表面)与反射镜面的角度为45度的方式配置反射镜42。由于摄像机的光轴44与由反射镜42反射的光的光轴45为垂直关系，因此与从正上方观察试样7的状态相同。另一方面，如图5B，若使反射镜42为比45度小的角度，则由观察试样7的反射镜42反射的摄像机的光轴45如图那样倾斜。其结果，观察部位100能够向镜筒2的光轴侧移动。在此，将通过由反射镜42反射的摄像机43的光轴45与观察部位100的交叉点并与SEM的光轴41平行的轴作为B。B与SEM的光轴41的距离为L”’，由于L”’能够视为L”，因此能够使L”的值进一步变短。

而且，该情况下，由摄像机43获得的图像为倾斜地观察试样7的图像。可是，若进行由控制部21梯形校正来自摄像机43的图像信号那样的图像处理，则能够将所获得的图像变换为从正上方观察试样的图像。

根据本实施例，由于不需要在镜筒2的侧面与机箱8的侧面之间装入摄像机43，因此能不需要在机箱8上部设置摄像机搭载部位地实质性地缩短L。

其次，说明使用轴偏离试样台以及反射镜缩小Δx的方法。图6是表示使用轴偏离试样台与反射镜的SEM的图。在此，若将试样台的假想性的中心轴101与摄像部的假想性的中心轴45之间的距离定义为第二距离(q”)，则第二距离比第一距离短(L＞q”)。使中心轴101进一步向机箱8的侧面侧偏离，如果能够与中心轴45抑制，则第二距离q”为0。

如此，在图3的示例中表示仅轴偏离试样台30便充足的情况，在图5的示例中表示仅反射镜42便充足的情况，即使是仅任何一方不充足的情况下，也只要组合轴偏离试样台30与反射镜42两者，便能够将观察部位置于摄像机43的摄像范围的重心。而且，Δx用以下的式(9)表示。

Δx＝(L”-q-q”)-a·······················(9)

图7是表示使用了倾斜摄像机的SEM的图。在此，以光轴44不会与镜筒2干涉的方式配置摄像机43。由此，即使不移动载物台6也能够用摄像机43观察试样7。此时，由于L为0，因此Δx通过式(3)能够实现0。试样7为平坦的情况下，通过摄像机观察图像进行梯形校正等的图像处理，可变换为从正上方观察试样的图像。可是，在试样7的表面具有凹凸的情况下，存在因试样厚度大的部分而不能观察厚度小的部分这样的缺点。因此，作为正确地观察试样整体的方法，具备图6所示的轴偏离试样台以及反射镜的装置结构是有利的。

以下，关于试样的观察范围进行说明。图8是观察视野范围的说明图。圆形表示从装置上面观察的试样7，斜线部210、211表示能够观察的范围。

(1)在通常试样台的情况下，(a)SEM的视野范围210的中心与试样7的中心相同，能够观察大范围中的试样7。可是，(b)摄像机的视野范围211仅能观察试样7上的摄像机侧，在试样台中心附近能观察的摄像机的视野范围少。另外，(c)SEM与摄像机中能观察的试样范围缩小。

另一方面，(2)在使用轴偏离试样台的情况下，由于从SEM的光轴至摄像机的光轴的距离L仅缩短距离q的量，因此，(a)在SEM的视野范围210内，试样的中心向摄像机的光轴方向偏离仅偏离距离q。此时，(b)即使在摄像机的视野范围211内也相同，试样中心向摄像机的光轴方向偏离。因此，(c)SEM与摄像机中能观察的区域能位于试样的中心附近。另外，在试样尺寸Y比载物台6的尺寸2a小的情况下，因轴偏离距离q而增加的视野范围Q用载物台6的尺寸a与试样尺寸Y表示。

Q＝(2a-Y)×1/2·····················(10)

因此，在试样尺寸Y比载物台6的尺寸2a小的情况，(b)摄像机的视野范围以及(c)SEM以及摄像机中能观察的试样范围相比于式(8)，以Q变大。

而且，在载物台6具备循环功能的情况下，由于在机箱8内能够控制试样的旋转角度，因此轴偏离距离q可以不存在于包括SEM的光轴的与摄像机的光轴的平面上且摄像机的光轴方向上。此时，轴偏离距离q用以下的式(11)表示。

q＝L×1/2························(11)

在具备上述循环的载物台6的情况下，在使用轴偏离试样台30时，SEM的视野范围210的中心与试样中心相同之后，(b)摄像机的视野范围211中的试样位置由于能够比轴偏离试样台向摄像机的光轴侧移动，因此SEM与摄像机中能观察的试样范围与图8(2)的轴偏离试样一样大。

本实施例可在用SEM观察的前后执行摄像机观察，不需要如专利文献1那样在用摄像机观察之前进行真空排气等。另外，由摄像机进行的观察可以在大气状态下搭载试样之后、对SEM内进行真空排气时进行。以下，使用图9中的流程图关于真空排气中进行摄像机观察的方法进行说明。

首先，在配置台102的中心配置试样7的观察部位的中心(S30)。其次，在机箱内为大气状态下在载物台6上搭载试样台(S302)。此时，试样台为轴偏离试样台30的情况下，用防转销等的固定方向的机构使轴偏离试样台的方向一致。其次，为了进行SEM的抽真空，按下抽真空按钮(S303)。为了有效活用该抽真空时间，在S303之后从S304进行S308。

其次，以在镜筒2的正下方配置试样基座部105的方式移动载物台(S304)。而且，如果预先确认试样台位置，在该时刻试样台可以位于任何位置。例如，如果SEM光轴的坐标用附带的传感器预先确定于控制部21以及载物台6上，就可调出坐标地移动载物台6。

其次，观察部位的中心轴以与由摄像机43的光轴或反射镜42反射的摄像机的光轴同轴的方式仅以a移动载物台(S305)。a通过控制部预先输入值而确定。

其次，在显示部上显示摄像机43的观察图像，进行拍摄(S306)。其次，在高精度地对试样位置进行图像识别的情况下等，判断已拍摄的试样的观察部位的中心是否位于显示部上的图像的中心(S307)。作为判断基准，在试样台上打印或刻印可用摄像机识别且能判断配置台102的中心的印记，在用摄像机43拍摄之后，确认印记的中心与显示部上所显示的摄像机图像的中心是否一致。从配置台102的形状可以判断中心位置。此时的印记可以是任何形状，既可以是圆形也可以是四边形。另外，只要能够实现中心的判断，印记的点数可以是1点，也可以是2点以上。例如，可以从4个均等相隔的点判断中心。在S307中不能判断观察部位的重心位于显示部上的图像中心的情况下，返回S304。

在S307中判断为观察部位的中心位于显示部上的图像中心的情况下，在使载物台移动到能够用电子线观察观察部位的任意位置(S308)。在摄像机43的观察图像上预先指定想用电子线观察摄像机43的观察的部位的情况下，以指定位置配置于镜筒正下方的方式移动载物台6。

其次，确认抽真空，用电子线观察试样7，在显示部上显示电子图像。其次，用电子线拍摄，存储此时的载物台6的坐标(S310)。其次，调出存储的载物台6的坐标，将用电子线拍摄的图像粘贴于用摄像机43拍摄的图像上，在显示部上显示(S311)。并且，判断是否继续拍照(S312)。在继续拍照的情况下，返回S308，用电子线进行观察。此时，在一个操作画面上显示摄像机观察图像与一张以上的SEM图像，若选择任意的SEM图像，则在拍摄已选择的SEM图像时调出已存储的载物台6的坐标，载物台6向该坐标位置移动。

在现有的桌上型等的小型SEM中，在装置外用光学式拍摄摄像机进行摄像机拍照之后，进行机箱的抽真空，在使载物台移动之后，进行SEM观察。可是，在本实施例中，为了不使机箱大型化地在机箱内具备摄像机，可与抽真空并行地进行摄像机观察与SEM观察的坐标确定以及载物台移动。而且，通过本实施例由于能够缩小Δx，因此也具有能削减摄像机与SEM的同一视野观察的作业时间这样的效果。

符号说明

2—镜筒，3—电子源，4—检测器，5—信号增幅器，6—载物台，7—试样，8—机箱，9—真空空间，10—泵，20—显示部，21—控制部，30—轴偏离试样台，40—SEM，41—SEM的光轴，42—反射镜，43—摄像机，43’—假想摄像机，44—摄像机的光轴，45—由反射镜反射的摄像机的光轴，100—观察部位，101—观察部位的中心轴，102—配置台，103—轴偏离部，104—基座，105—试样基座部，106—基座的中心轴，107—调整螺栓，108—螺母，109—防转销。

Claims

1.一种带电粒子线装置，其特征在于，

具备：

向试样照射带电粒子线的镜筒；

拍摄上述试样的光学图像的摄像部；

载置上述试样的轴偏离试样台；以及

载置上述轴偏离试样台且能移动的载物台，

上述轴偏离试样台具有载置于上述载物台的试样基座部和在中心配置有上述试样的观察部位的配置台，

在上述镜筒的光轴与上述摄像部的光轴的距离为L、上述载物台的移动距离为a时，上述试样基座部的中心轴与上述配置台的中心轴的距离q为q≥L-a。

2.根据权利要求1所述的带电粒子线装置，其特征在于，

为q＝L-a。

3.根据权利要求1所述的带电粒子线装置，其特征在于，

还具备：

支撑上述镜筒的机箱；以及

配置于上述镜筒与上述摄像部之间的反射镜，

上述摄像部配置于上述机箱的侧面，具有相对于上述反射镜的摄像透镜，上述摄像部的光轴是由上述反射镜反射的光轴。

4.根据权利要求1所述的带电粒子线装置，其特征在于，

上述轴偏离试样台具有固定其角度的防转销。