-
TECHNISCHES GEBIET
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ladungsteilchenbestrahlungsvorrichtung mit einem Vakuumbehälter und insbesondere auf eine Ladungsteilchenbestrahlungsvorrichtung mit einem Kühlmechanismus, der eine Probe kühlt, die das Bestrahlungsobjekt für die Ladungsteilchen ist, einem Probenteller zum Daraufbefestigen des Bestrahlungsobjekts oder einem Antriebsmechanismus zum Antreiben des Probentellers.
-
STAND DER TECHNIK
-
Eine Ionenätzvorrichtung, die einen Aspekt einer Ladungsteilchenstrahlvorrichtung mit einem Vakuumbehälter darstellt, ist eine Vorrichtung, in der eine Probe in einer evakuierten Probenkammer angeordnet wird, ein mit einer Energie von ca. 10 kV oder weniger geladener Argon-Ionenstrahl auf die Probe abgestrahlt wird, Atome unter Nutzung des Phänomens des physischen Zerstäubens aus der Probenoberfläche herausgelöst werden und die Probe in einem spannungsfreien Zustand geätzt wird. Die Ionenätzvorrichtung wird zum Beispiel bei der Vorbereitung einer Probe für ein Rasterelektronenmikroskop verwendet.
-
Die Bestrahlungsbedingungen für den Ionenstrahl bei der Vorbereitung einer Probe für ein Rasterelektronenmikroskop sind zum Beispiel eine Beschleunigungsspannung von ca. 10 kV und ein Ionenstrahlstrom von ca. 200 uA. Unter solchen Bedingungen erreicht die Wärmeenergie, die der Probe durch die Bestrahlung mit dem Ionenstrahl zugeführt wird, ca. 2 J/s. In der Ionenätzvorrichtung kann der Ionenstrahl-Bestrahlungsbereich mehr als ca. φ 5 mm betragen, und die Ätzzeit kann mehrere Stunden überschreiten. Im Falle einer Probe mit niedrigem Schmelzpunkt wie etwa einem Polymermaterial und dergleichen, ist ein Kühlen der Probe erforderlich, weil der Temperaturanstieg beim Ätzen über längere Zeit nicht vernachlässigbar ist.
-
In Nicht-Patentliteratur 1 wird ein Kühlmechanismus offengelegt, in dem flüssiger Stickstoff und ein Peltier-Element zum Kühlen einer Probe in einer Vakuumprobenkammer verwendet werden, und ein Kühlverfahren, bei dem ein außerhalb der Probenkammer angeordnetes Dewar-Gefäß mit flüssigem Stickstoff und ein Probentisch mit einem geflochtenen Kupferdraht und dergleichen miteinander verbunden sind, sowie ein Kühlverfahren, bei dem das Dewar-Gefäß mit flüssigem Stickstoff und der Probentisch durch Rohrleitungen miteinander verbunden sind und als Kühlmittel verwendet werden, werden beschrieben.
-
In Patentliteratur 1 wird eine Ionenätzvorrichtung offengelegt, in der eine Kühlgasleistung in einem Substrathalter angeordnet ist und eine Probe als Ätzobjekt gekühlt wird.
-
ZITIERLISTE
-
PATENTLITERATUR
-
- Patentliteratur 1: JP-A-2005-109330
-
NICHT-PATENTLITERATUR
-
Nicht-Patentliteratur 1: Kanto Branch, Society of Electron Microscope of Japan, „Scanning Electron Microscope”, Kyoritsu Shuppan, Co. Ltd., S. 141
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
TECHNISCHES PROBLEM
-
Andererseits gibt es im Gegensatz zu der in Patentliteratur 1 beschriebenen Vorrichtung unter den Ionenätzvorrichtungen eine, bei der das Ätzen unter Änderung des Einfallswinkels und dergleichen des Strahls bezogen auf die Probenoberfläche durchgeführt wird. Obwohl ein Kippmechanismus und ein Drehmechanismus in dem Probenteller, auf dem die Probe ruht, angeordnet werden, wird in diesem Fall, wenn sowohl der Antriebsmechanismus als auch der Kühlmechanismus in den Probenteller eingebaut werden sollen, der Aufbau kompliziert. Wenn ein Wärmeübertragungsmechanismus zwischen einem beweglichen Objekt wie einem Probentisch und einem unbeweglichen Objekt angeordnet werden soll, auf dem ein Kühlmedium angeordnet ist, wie in Nicht-Patentliteratur 1 beschrieben, ist es auch wahrscheinlich, dass das Wärmeübertragungsmedium und andere Elemente aneinander scheuern und verschleißen können, weil sich ihre relativen Positionen ändern.
-
Weiter erreicht in einem Rastermikroskop, bei dem ein Halbleiterbauteil das Messobjekt ist, die Anzahl der Messobjekte möglicherweise mehrere Tausend pro Wafer, wenn es sich um die Untersuchung von OPC-Mustern (optische Näherungskorrelation) und dergleichen handelt, und es kann einen Fall geben, bei dem es wegen der in dem Gleitabschnitt des Probentischs erzeugten Wärme zu einer Wärmeausdehnung des Wafers und Bildverschiebung kommt und es schwierig wird, das Sichtfeld des Elektronenmikroskops an der Messobjektposition zu positionieren. Obwohl die Probe und der Probenteller vorzugsweise auch in einem solchen Rastermikroskop gekühlt werden, müssen wieder sowohl der Antriebsmechanismus zum Antreiben des Probentellers als auch der Kühlmechanismus eingebaut werden, und der Aufbau wird kompliziert.
-
Im Folgenden wird eine Ladungsteilchenbestrahlungsvorrichtung mit einem Vakuumbehälter mit dem Ziel des Kühlens einer Probe oder eines Probentellers mit vergleichsweise einfachem Aufbau beschrieben.
-
LÖSUNG DES PROBLEMS
-
Als eine Ausführungsform zur Erreichung des Ziels wird eine Ladungsteilchenbestrahlungsvorrichtung vorgeschlagen, die eine Ladungsteilchenquelle, einen Probenteller zum Daraufbefestigen einer Probe, die aus der Ladungsteilchenquelle bestrahlt wird, einen Antriebsmechanismus mit einem Übertragungsmechanismus, der eine Antriebskraft zum Bewegen des Probentellers überträgt, eine Vakuumkammer zur Aufrechterhaltung der Atmosphäre, in der die Probe in einem Vakuumzustand platziert wird, und einen Behälter aufweist, der in der Vakuumkammer angeordnet ist und eine ionische Flüssigkeit aufnehmen kann, wobei der Behälter an einer solchen Position angeordnet ist, dass mindestens ein Teil des Übertragungsmechanismus in die ionische Flüssigkeit eingetaucht ist, wenn sich die ionische Flüssigkeit darin befindet.
-
VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
-
Weil die ionische Flüssigkeit den flüssigen Zustand in der Vakuumatmosphäre beibehalten kann, kann die Wärmeentwicklung in der Probe und dem Probenteller verringert werden, während die Antriebskraft übertragen wird, indem der Antriebskraft-Übertragungsmechanismus des Antriebsmechanismus in einen eingetauchten Zustand gebracht wird.
-
Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der Beschreibung der Beispiele nach der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen ersichtlich.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 zeigt ein Beispiel einer Ionenätzvorrichtung.
-
2 zeigt ein Ablaufdiagramm der Ätzschritte durch die Ionenätzvorrichtung in Bezug auf die Temperaturregelung einer Probe.
-
3 zeigt ein Beispiel einer Ionenätzvorrichtung mit einem Kippmechanismus.
-
4 zeigt die Beziehung zwischen der Position einer Ionenkanone und dem Neigewinkel eines Probentischs.
-
5 zeigt ein Beispiel eines Probentischs mit einem Kühlmechanismus.
-
6 zeigt ein Beispiel eines Rasterelektronenmikroskops.
-
7 zeigt ein Beispiel einer Datenbank zur Speicherung der Regeltemperaturen für die jeweilige Art von Proben.
-
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Im Folgenden wird eine Ladungsteilchenstrahlvorrichtung beschrieben, die die Wärmeentwicklung einer Probe und eines Probentellers effektiv verringert.
-
BEISPIEL 1
-
Im vorliegenden Beispiel wird eine Ionenätzvorrichtung beschrieben, mit der eine Probe für ein Rasterelektronenmikroskop und dergleichen vorbereitet wird. Im vorliegenden Beispiel wird insbesondere eine Ionenätzvorrichtung beschrieben, die einen Kühlmechanismus zum Kühlen einer Probe aufweist, ohne dass ein außerhalb einer Probenkammer angeordnetes Dewar-Gefäß mit flüssigem Stickstoff und ein Probentisch mit einem geflochtenen Kupferdraht, einer Kühlmittelleitung und dergleichen direkt miteinander verbunden sind.
-
In einer Ionenätzvorrichtung wie nachstehend beschrieben ist es erforderlich, den Einfallswinkel des Ionenstrahls auf die Probenoberfläche von Zeit zu Zeit zu ändern. Im Einzelnen sind dazu in einem Probentisch, auf dem die Probe angeordnet wird, ein Drehmechanismus zum Drehen der Probe relativ zu dem abgestrahlten Ionenstrahl und ein Kippmechanismus angeordnet. Daher ist es schwierig, ein außerhalb einer Probenkammer angeordnetes Dewar-Gefäß mit flüssigem Stickstoff und dergleichen und einen Probentisch mit einem geflochtenen Kupferdraht, einer Kühlmittelleitung und dergleichen direkt miteinander zu verbinden.
-
Dementsprechend wurde die Vorrichtung nach der vorliegenden Ausführungsform konfiguriert, um einen Mechanismus mit einem Kühlmedium unter Verwendung einer ionischen Flüssigkeit, die den flüssigen Zustand in dem Vakuum in einer Probenkammer beibehalten kann, anzuordnen und einen Mechanismus zur Regelung der Temperatur des Kühlmediums von der Außenseite der Probenkammer anzuordnen und den Probentisch, der mit dem Kühlmedium in Berührung kommt, direkt zu kühlen. Außerdem wird in dem vorliegenden Beispiel eine Ionenätzvorrichtung unter Anordnung eines Antriebsmechanismus für den Probentisch in dem Kühlmedium unter Verwendung der ionischen Flüssigkeit beschrieben, die sowohl das Kühlen des Probentischs als auch den Dreh- und Schwenkantrieb des Probentischs durchführen kann.
-
1 zeigt ein Beispiel einer Ionenätzvorrichtung, die die Probentemperatur regeln kann und einen Probentisch aufweist. Die beispielhaft in 1 gezeigte Ionenätzvorrichtung ist aus einer Ionenkanone 1, einer Probenkammer 6, einer Evakuierungspumpe 7 und einem Probentisch 5 gebildet. Die Ionenätzvorrichtung ist eine Vorrichtung zur Vorbehandlung von Proben für ein Elektronenmikroskop, in der Ionen 3 von der Ionenkanone 1 erzeugt werden, Atome aus der Oberfläche einer Probe 4 durch Abstrahlen eines Ionenstrahls 2 aus der Ionenkanone 1 auf die Probe 4 herausgelöst werden und die Probe 4 in einem spannungsfreien Zustand flach geätzt wird. Im vorliegenden Beispiel wurde eine ionische Flüssigkeit 12 als ein Kühlmedium zum Kühlen der Probe verwendet. Ein Mechanismus war vorgesehen, in dem der Probentisch 5 so angeordnet war, dass ein Teil des Probentischs 5 in die ionische Flüssigkeit 12 eingetaucht war, ein Temperaturregler 13 zum Einstellen der Temperatur der ionischen Flüssigkeit 12 war angeordnet und der Probentisch 5 und die Probe 4 wurden durch die ionische Flüssigkeit 12 direkt gekühlt. Außerdem war ein Mechanismus vorgesehen, in dem ein Schneckenrad 8 von einem Motor 9 gedreht wurde, die Schwankung der Drehung wurde auf ein Stirnrad 10 übertragen und der gesamte Probentisch 5 wurde mit einem Kugelgelenk 11 gedreht, das im unteren Teil des Probentischs 5 angeordnet war. Weiter war ein Ionenkanonen-Bewegungsmechanismus vorgesehen, mit dem der Einstrahlungswinkel des auf die Oberfläche der Probe 4 abgestrahlten Ionenstrahls 2 geändert werden konnte.
-
Weil die ionische Flüssigkeit, die als Kühlmittel dient, mit dem Antriebsmechanismus so in Berührung kommt, dass sie die Oberfläche des eingetauchten Antriebsmechanismus vollständig bedeckt, wie beispielhaft in 1 gezeigt, kann die Kühlleistung verbessert werden. Weil die ionische Flüssigkeit auch in der Vakuumkammer nicht verdampft, kann außerdem der Kühlmechanismus auf der Grundlage einer einfachen Konfiguration zur Anordnung eines Flüssigkeitsbehälters angeordnet werden.
-
2 zeigt ein Ablaufdiagramm für einen Schritt zum Einstellen der Temperatur der Probe. Das Beispiel in 2 erläutert einen Schritt zum Abkühlen der Probe mit einem Mechanismus zum direkten Kühlen des Probentischs 5 und der Probe 4 durch die ionische Flüssigkeit 12, an dem der Temperaturregler 13 angebracht ist.
-
In dem vorliegenden Beispiel werden die Temperaturen der ionischen Flüssigkeit 12, des Probentischs 5 und der Probe beim Ätzen der Probe und beim Herausnehmen der Probe durch Ausführung der Temperaturregelung mit dem Temperaturregler 13 entsprechend der Bewegung der Ionenätzvorrichtung in geeigneter Weise gesteuert.
-
Zuerst wird die Probenkammer (Vakuumkammer) zur atmosphärischen Luft hin geöffnet (Schritt 201), die Probe 4 wird auf den Probentisch 5 des Vorrichtungshauptkörpers gelegt und das Evakuieren der Probenkammer wird gestartet (Schritt 202). Nach dem Evakuieren der Probenkammer (Schritt 203) wird der Temperaturregler 13 eingeschaltet (Schritt 204). Dabei wird parallel dazu die Temperaturmessung der ionischen Flüssigkeit mit einem in den Temperaturregler 13 eingebauten Temperaturfühler gestartet (Schritt 205).
-
In dem vorstehend beschriebenen Zustand wird das Ätzen der Probe mit dem Ionenstrahl gestartet (Schritt 206). In einem Zustand, in dem das Ätzen ausgeführt wird, wird mit dem Temperaturregler 13 bestätigt, ob die Temperatur der ionischen Flüssigkeit der Raumtemperatur (Solltemperatur) entspricht oder nicht (Schritt 207). Während des Ätzens wird, wenn die Temperatur der ionischen Flüssigkeit der Raumtemperatur (Solltemperatur) entspricht, der Zustand bis zum Abschluss des Ätzens aufrechterhalten (Schritt 209). Wenn sich andererseits die Temperatur der ionischen Flüssigkeit während des Ätzens von der Raumtemperatur (Solltemperatur) ändert, wird mit dem Temperaturregler eine Temperatureinstellung durchgeführt, bis die Temperatur der ionischen Flüssigkeit wieder die Raumtemperatur (Solltemperatur) erreicht (Schritt 208).
-
Wie vorstehend beschrieben, wird diese Regelung mit dem Temperaturregler 13 so durchgeführt, dass während des Ätzens mit dem Ionenstrahl bestätigt wird, ob die Temperatur der ionischen Flüssigkeit auf einer Solltemperatur gehalten wird, und wenn festgestellt wird, dass die Solltemperatur nicht erfüllt ist, wird die Temperatur der ionischen Flüssigkeit auf die Solltemperatur gebracht.
-
Nach Abschluss des Ätzens (Schritt 209) wird das Ereignis, dass die Temperatur der ionischen Flüssigkeit und die Temperatur der atmosphärischen Luft identisch sind, durch den Temperaturregler bestätigt (Schritt 210). Dabei wird, wenn die Temperatur der ionischen Flüssigkeit und die Temperatur der atmosphärischen Luft identisch sind, die Temperaturregelung durch den Temperaturregler gestoppt (Schritt 211), und das Öffnen der Vakuumkammer zur atmosphärischen Luft hin wird gestartet (Schritt 212).
-
Wenn andererseits die Temperatur der ionischen Flüssigkeit und die Temperatur der atmosphärischen Luft voneinander abweichen, wird eine Temperatureinstellung durch den Temperaturregler durchgeführt, bis die Temperatur der ionischen Flüssigkeit die Raumtemperatur (Solltemperatur) erreicht (Schritt 208). Nach dem Einstellen der Temperatur wird die Regelung durch den Temperaturregler gestoppt, und das Öffnen zur atmosphärischen Luft hin wird gestartet (Schritte 211 und 212). Wenn mit einem nicht gezeigten Vakuummeter und Zeitgeber festgestellt wird, dass die Vakuumkammer wieder den atmosphärischen Luftdruck erreicht hat, wird das Öffnen zur atmosphärischen Luft hin beendet (Schritt 213).
-
Wie vorstehend beschrieben, kann durch Regelung der Temperatur des Probentischs auf eine vorbestimmte Temperatur beim Ätzen der Probe sowie vor und nach dem Einsetzen der Probe eine thermische Beschädigung der Probe verhindert werden.
-
Nach dem vorstehend beschriebenen Beispiel wird in einem Elektronenmikroskop, einer Ionenätzvorrichtung und dergleichen beim Ätzen einer Probe mit einem vergleichsweise niedrigen Schmelzpunkt wie etwa einem Polymermaterial ohne die Einschränkung des Dreh- und Schwenkantriebs des Probentischs und mit einem Kühlmechanismus eine thermische Beschädigung durch den Ionenstrahl verringert, und die Verformung der Probe und Zerstörung der Struktur durch Erweichung kann verringert werden.
-
3 zeigt ein Beispiel, bei dem ein Kippmechanismus zu der Ionenätzvorrichtung in 1 hinzugefügt ist. In der beispielhaft in 3 gezeigten Ionenätzvorrichtung ist der Probentisch 5 auf einem Probentischunterteil 17 angeordnet, das gekippt werden kann. Das Probentischunterteil 17 wird durch einen Motor 15 über eine Antriebswelle 16 angetrieben, und die alternierende Kippbewegung um die Kippachse der Antriebswelle 16 wird während der Bestrahlung mit dem Ionenstrahl durchgeführt. Weil auch bei der beispielhaft in 3 gezeigten Konfiguration ein Teil des Antriebsmechanismus in die ionische Flüssigkeit 12 eingetaucht werden kann, kann die Temperatur durch Temperaturregelung mit dem Temperaturregler 13 in geeigneter Weise gesteuert werden.
-
4 zeigt die Positionsbeziehung zwischen den Positionen der Ionenkanone 1 und des Probentischs 5 in der Ionenätzvorrichtung. Die Kippbewegung, wie beispielhaft in 3 gezeigt, wird durch den beispielhaft in 3 gezeigten Kippmechanismus ausgeführt. Die Ionenkanone 1 ist an einer um 45 Grad gegenüber der senkrechten Richtung 18 der Vorrichtung geneigten Position angeordnet, und wenn die Neigung des Probentischs 5, wie in 4(a) gezeigt, 0 Grad beträgt, beträgt der Einstrahlungswinkel der auf die Probenoberfläche abgestrahlten Ionen 45 Grad. In gleicher Weise gilt, wenn die Probenhalteroberfläche, wie in 4(b) gezeigt, um 45 Grad im Verhältnis zu der Richtung der Ionenkanone geneigt ist, beträgt der Einstrahlungswinkel der auf die Probenoberfläche abgestrahlten Ionen 0 Grad. Und wenn die Probenhalteroberfläche, wie in 4(c) gezeigt, um 45 Grad zur Richtung der Ionenkanone geneigt ist, beträgt der Einstrahlungswinkel der auf die Probenoberfläche abgestrahlten Ionen 90 Grad. Ein Mechanismus ist vorgesehen, der den Einstrahlungswinkel des auf die Probenoberfläche abgestrahlten Ionenstrahls ändern kann, indem die Ionenkanone 1 zuvor in einer im Verhältnis zu der senkrechten Richtung 18 der Vorrichtung geneigten Position angeordnet wird und der Probentisch 5 nach rechts und links in das Kühlmedium gekippt wird; außerdem ist ein Mechanismus vorgesehen, der den Probentisch 5 und die Probe 4 kontinuierlich kühlt, ohne dass der Probentisch 5, der direkt in die ionische Flüssigkeit 12, die das Kühlmedium bildet, eingetaucht ist, aus der ionischen Flüssigkeit 12 herauskommt.
-
BEISPIEL 2
-
Als Nächstes wird ein Elektronenmikroskop, das einen Aspekt einer Ladungsteilchenstrahlvorrichtung mit einem Kühlmechanismus mit der ionischen Flüssigkeit als Temperaturübertragungsmedium darstellt, anhand der Zeichnungen beschrieben.
-
6 zeigt ein Übersichtsdiagramm eines Rasterelektronenmikroskops (REM), das einen Aspekt der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung darstellt. Weiter wird das vorliegende Beispiel mit einem Beispiel eines REM beschrieben, aber das nachstehende Beispiel kann auch auf andere Ladungsteilchenstrahlvorrichtungen (zum Beispiel eine fokussierte Ionenstrahlvorrichtung (FIB-Vorrichtung)) und Elektronenstrahlplotter angewendet werden, die mit einem Elektronenstrahl Muster auf eine Probe schreiben.
-
Ein Elektronenstrahl 603, der mit einer Ausziehelektrode 602 aus einer Elektronenquelle 601 gezogen und mit einer nicht gezeigten Beschleunigungselektrode beschleunigt wird, wird durch eine Kondensorlinse 604 limitiert, die einen Aspekt einer Fokussierlinse darstellt, und wird danach von einem Abtastablenksystem 605 ein- oder zweidimensional abtastend über eine Probe 609 geführt. Der Elektronenstrahl 603 wird durch eine negative Spannung abgebremst, die an eine Elektrode angelegt wird, die in einen Probenteller 608 eingebaut ist, wird durch die Linsenwirkung einer Objektlinse 606 gebündelt und wird auf die Probe 609 abgestrahlt.
-
Wenn der Elektronenstrahl 603 auf die Probe 609 abgestrahlt wird, werden Elektronen 610 wie etwa Sekundärelektronen und rückgestreute Elektronen von der bestrahlten Position emittiert. Die emittierten Elektronen 610 werden in der Richtung der Elektronenquelle durch die Beschleunigungswirkung auf der Grundlage einer negativen Spannung beschleunigt, die an die Probe angelegt wird, kollidieren auf einer Konversionselektrode 612 und erzeugen Sekundärelektronen 611. Die von der Konversionselektrode 612 emittierten Sekundärelektronen 611 werden durch einen Detektor 613 erfasst, und der Ausgang des Detektors 613 ändert sich entsprechend der Menge der erfassten Sekundärelektronen. Entsprechend dem Ausgang ändert sich die Helligkeit einer nicht gezeigten Anzeigevorrichtung. Wenn zum Beispiel ein zweidimensionales Bild durch Synchronisieren eines Ablenkungssignals für das Abtastablenksystem 605 mit dem Ausgang des Detektors 613 gebildet wird, wird ein Bild des abgetasteten Bereichs erzeugt. Außerdem ist, obwohl in dem Beispiel in 3 ein Fall gezeigt ist, bei dem die von der Probe emittierten Elektronen einmal durch die Konversionselektrode konvertiert und erfasst werden, die vorliegende Erfindung natürlich nicht auf diese Konfiguration beschränkt, und es ist zum Beispiel auch eine Konfiguration möglich, bei der eine Elektronenvervielfacherröhre und die Erfassungsfläche des Detektors auf dem Orbit der beschleunigten Elektronen angeordnet sind.
-
Ein Steuergerät 512 steuert die jeweiligen Konfigurationen des Rasterelektronenmikroskops und weist eine Funktion zum Bilden eines Bildes auf der Grundlage der erfassten Elektronen und eine Funktion zum Messen der Musterbreite des auf der Probe gebildeten Musters auf der Grundlage der Intensitätsverteilung der erfassten Elektronen auf, die als Linienprofil bezeichnet wird.
-
Außerdem ist eine nicht gezeigte Vakuumpumpe an eine Vakuumprobenkammer 607 angeschlossen, deren Innenraum evakuiert wird. Mindestens ein Teil des Probentellers 608 ist in einem Flüssigkeitsbehälter 502 untergebracht.
-
5 zeigt die Beziehung der Maschinenelemente, die einen Antriebsmechanismus bilden, und den Flüssigkeitsbehälter 502 zur Aufnahme der ionischen Flüssigkeit, die ein Temperaturübertragungsmedium bildet. Das Konzept des vorliegenden Beispiels besteht darin, dass die Wärmeentwicklung der Probe oder des Probentellers dadurch verhindert wird, dass mindestens ein Teil des Antriebskraftübertragungswegs von der Energiequelle zu der Probe (oder zu dem Probenteller) in die ionische Flüssigkeit eingetaucht ist. 5 zeigt beispielhaft einen Kreuztisch, der für eine Ladungsteilchenbestrahlungsvorrichtung eines Elektronenmikroskops und dergleichen verwendet wird. Obwohl zur Vereinfachung der Erklärung im vorliegenden Beispiel ein Antriebskraft-Übertragungsmechanismus für einen Probentisch in einer Richtung (X-Richtung oder Y-Richtung) illustriert wird, ist im Falle des Kreuztischs der beispielhaft in 5 gezeigte Antriebskraft-Übertragungsmechanismus in zwei Richtungen angeordnet.
-
Außerdem wurde in Beispiel 1 ein Beispiel illustriert, bei dem der Antriebskraft-Übertragungsmechanismus für den Drehmechanismus und den Kippmechanismus für die Probe in den Flüssigkeitsbehälter mit der ionischen Flüssigkeit eingetaucht war. Es ist zum Beispiel jedoch auch möglich, dass der Antriebsmechanismus für den Antrieb des Tischmechanismus in Z-Richtung (Richtung der optischen Achse des Strahls im Falle eines Elektronenmikroskops) in den Flüssigkeitsbehälter eingetaucht wird. Weiter kann im Falle des Probentischs mit hoher Wärmeleitfähigkeit durch Kühlen des Bewegungsmechanismus in X-Richtung und/oder des Bewegungsmechanismus in Y-Richtung auch die Probe gekühlt werden, und daher muss in diesem Fall, auch wenn die Bewegungsrichtung in den beiden Richtungen erfolgt, nur einer davon (der niedriger angeordnete Bewegungsmechanismus) in die ionische Flüssigkeit eingetaucht werden.
-
Ein Probentisch 501 ist so aufgebaut, dass er in der gezeigten Richtung durch eine Antriebskraft, die von einer Antriebsquelle 503 wie einem Motor über ein Zahnrad 504, ein Zahnrad 505, ein Kegelrad 506, ein Kegelrad 507 und eine Kugelgewindespindel 508 übertragen wird, beweglich ist. Ein Teil des Tischmechanismus ist in dem Flüssigkeitsbehälter 502 zur Aufnahme der ionischen Flüssigkeit enthalten.
-
In dem Flüssigkeitsbehälter 502 sind auch ein Temperaturfühler 517 und ein Kühlmechanismus 518 so angeordnet, dass sie in die ionische Flüssigkeit eingetaucht werden können. Der Kühlmechanismus 518 ist zum Beispiel durch einen Temperaturregelmechanismus wie ein Peltier-Element gebildet. Außerdem sind der Temperaturfühler 517 und der Kühlmechanismus 518 an ein Steuergerät 512 angeschlossen. In dem Steuergerät 512 sind eine Temperaturerfassungseinheit 514 zum Messen der Temperatur der ionischen Flüssigkeit mit dem Temperaturfühler 517, eine Vergleichseinheit 515 zum Berechnen der Differenz zwischen der mit der Temperaturerfassungseinheit 514 erfassten Temperatur und der zuvor in einem Speicher 516 und dergleichen gespeicherten Solltemperatur und eine Temperaturregeleinheit 513 zum Regeln des Temperaturregelmechanismus entsprechend der mit der Vergleichseinheit 515 erhaltenen Differenz eingebaut. In dem Speicher 516 ist auch eine Datenbank zum Speichern der geeigneten Temperaturbedingungen für jede Art von Probe gespeichert, wie beispielhaft in 7 gezeigt.
-
In einem REM, obwohl Bildverschiebung und dergleichen aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen dem Probenteller und der Probe möglicherweise entstehen können, kann durch Regelung der Temperatur unter Verwendung der ionischen Flüssigkeit als ein Temperaturübertragungsmedium, wie in dem vorliegenden Beispiel, die Temperaturdifferenz zwischen den beiden verringert werden, und als Ergebnis kann die Bildverschiebung und dergleichen verhindert werden. Auch wenn sich der Grad der Verschiebung entsprechend der Art der Probe ändert, kann durch vorheriges Anlegen einer Datenbank, wie sie beispielhaft 7 gezeigt ist, die Bildverschiebung unabhängig von der Art der Probe verhindert werden. Außerdem kann die Tischtemperatur in geeigneter Weise geregelt werden, auch wenn sie aufgrund der kontinuierlichen Bewegung des Probentischs steigt.
-
Wenn die Maschinenelemente, die den beispielhaft in 5 gezeigten Antriebsmechanismus bilden, praktisch in drei Elemente aufgeteilt werden sollen, werden sie in ein erstes Maschinenelement 509, das der Antriebsquelle 503 am nächsten ist, ein zweites Maschinenelement 510, das mit der ionischen Flüssigkeit in Berührung kommt, und ein drittes Maschinenelement 511 unterteilt, das zwischen dem zweiten Maschinenelement 510 und dem Probenteller 501 angeordnet ist. Das Konzept des vorliegenden Beispiels besteht darin, die Probe oder den Probentisch dadurch zu kühlen, dass mindestens das zweite Maschinenelement in die ionische Flüssigkeit eingetaucht wird.
-
Im Einzelnen werden die Maschinenelemente (zum Beispiel das zweite Maschinenelement 510), die die nachgeschalteten Maschinenelemente sind, auf die die Kraft von der Energiequelle (zum Beispiel der Antriebsquelle 503) oder von den Maschinenelementen (den vorgeschalteten Maschinenelementen wie Zahnrad, Zahnstange, Ritzel, Zahnrad, Kettenrad, Getriebewelle und dergleichen (zum Beispiel das erste Maschinenelement 509)), auf die die Kraft von der Energiequelle übertragen wird und die in der Richtung angeordnet sind, in der das Gravitationsfeld (nach unten) von der Energiequelle oder den vorstehend beschriebenen vorgeschalteten Maschinenelementen gerichtet ist, in die ionische Flüssigkeit eingetaucht. Außerdem überträgt das zweite Maschinenelement die Kraft auf den Probenteller, der über (in der entgegengesetzten Richtung zu der Richtung, in der das Gravitationsfeld gerichtet ist) der ionischen Flüssigkeit angeordnet ist, oder auf die über der ionischen Flüssigkeit angeordneten Maschinenelemente und überträgt dadurch die Kraft auf den Probenteller (zum Beispiel das dritte Maschinenelement 511). Durch selektives Eintauchen des zweiten Maschinenelements in die ionische Flüssigkeit kann daher die von dem Probenteller übertragene Wärme durch Wärmeaustausch mit der ionischen Flüssigkeit aus dem Probenteller freigesetzt werden. Weil die ionische Flüssigkeit aufgrund der Schwerkraft an der Unterseite des Behälters (Flüssigkeitsbehälter) bleibt, kann durch Konfigurieren der Maschinenelemente für die Kraftübertragung in der Art, dass sie einmal nach unten ausgefahren und danach nach oben ausgefahren werden können, ein Teil der Maschinenelemente selektiv in die ionische Flüssigkeit eingetaucht werden, ohne die Energiequelle und den Probenteller (oder die Probe) in die ionische Flüssigkeit einzutauchen.
-
Nach dieser Konfiguration können, weil das Temperaturübertragungsmedium (ionische Flüssigkeit) zum Kühlen in der Vakuumkammer angeordnet werden kann, so dass es dicht an der Oberfläche der Maschinenelemente liegt und diese bedeckt, die Probe oder der Probentisch mit hoher Effizienz gekühlt werden.
-
Obwohl die vorstehende Beschreibung anhand der Beispiele erfolgt ist, ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt, und für den Fachmann ist ersichtlich, dass verschiedene Änderungen und Ergänzungen innerhalb des Umfangs des Gedankens und der anliegenden Ansprüche der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Ionenkanone
- 2
- Ionenstrahl
- 3
- Ionen
- 4
- Probe
- 5
- Probentisch
- 6
- Probenkammer
- 7
- Evakuierungspumpe
- 8
- Schneckenrad
- 9, 15
- Motor
- 10
- Stirnrad
- 11
- Universal-Kugelgelenk
- 12
- Ionische Flüssigkeit
- 13
- Temperaturregler
- 14
- Ionenkanonen-Bewegungsmechanismus
- 16
- Antriebswelle
- 17
- Probentischunterteil
- 18
- Senkrechte Richtung der Vorrichtung
