JP2000340153A - Charged particle beam device - Google Patents

Charged particle beam device

Info

Publication number
JP2000340153A
JP2000340153A JP14755999A JP14755999A JP2000340153A JP 2000340153 A JP2000340153 A JP 2000340153A JP 14755999 A JP14755999 A JP 14755999A JP 14755999 A JP14755999 A JP 14755999A JP 2000340153 A JP2000340153 A JP 2000340153A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sample
charged particle
particle beam
chamber
lens barrel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP14755999A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Tanaka
浩 田中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP14755999A priority Critical patent/JP2000340153A/en
Publication of JP2000340153A publication Critical patent/JP2000340153A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To change a sample while maintaining the vacuum of a lens-barrel without providing a load locking chamber by moving a charged particle source and a lens-barrel of a beam device integrally in the direction of a first degree of freedom, and moving a sample in the direction of a degree of freedom different from the first degree of freedom. SOLUTION: This charged particle beam device irradiates charged particle beams onto an optional position of a sample 24 while differentially evacuating a sample chamber 14 and a lens-barrel chamber 15 or a charged particle source chamber. When charging the sample 24, a lens-barrel 17 is moved to the left in a major axis direction of an aperture 13 to press a fin 16 to a partition wall 12, and a differential part 28 and the aperture 13 are sealed with an O-ring 20. A small hole sealing mechanism 21 is pressed to the bottom part of the lens-barrel 17, and a small hole 19 constituting a differential part 29 is sealed with an O-ring 22. The sample chamber 14 is then opened to the atmosphere to change the sample 24, and the sample chamber 14 is evacuated again. When the degree of vacuum reaches 1×10-3 Pa, the aperture 13 and the small hole 19 are opened to make the differential parts 28, 29 function to resume the observation of the sample 24.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は荷電粒子ビーム装置
に関するものであり、特に、微小冷陰極(エミッタ)を
電子源として用いる走査型電子顕微鏡(SEM)や2次
イオン質量分析装置(SIMS)等の荷電粒子ビームを
試料に照射して試料の観察や加工を行う荷電粒子ビーム
装置における試料室の小型化及びロードロック室を削除
するために構成に特徴のある荷電粒子ビーム装置に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a charged particle beam apparatus, and more particularly to a scanning electron microscope (SEM) using a small cold cathode (emitter) as an electron source, a secondary ion mass spectrometer (SIMS), and the like. The present invention relates to a charged particle beam apparatus characterized in that it is configured to reduce the size of a sample chamber and eliminate a load lock chamber in a charged particle beam apparatus that irradiates the sample with a charged particle beam to observe and process the sample.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、冷陰極等の荷電粒子ビーム源から
放出された荷電粒子ビームを細く絞って試料に照射する
走査型荷電粒子ビーム装置は、観察、露光、分析、検
査、或いは、記録等の多くの分野で広く利用されてい
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, a scanning charged particle beam apparatus for narrowly squeezing a charged particle beam emitted from a charged particle beam source such as a cold cathode and irradiating the sample with a beam is used for observation, exposure, analysis, inspection, recording, etc. Is widely used in many fields.

【0003】この様なSEM等の電子ビーム装置やSI
MS等のイオンビーム装置等の細く絞られた荷電粒子ビ
ームを利用して試料を観察・加工する装置では、試料室
は試料自身からの脱ガスやビームでの加工を目的として
導入するガスのために、10 -3Pa程度以上の低い真空
度であることが一般的である。
[0003] Such an electron beam device such as SEM or SI
Finely focused charged particle beam such as ion beam equipment such as MS
In a device that observes and processes a sample using a
Is for the purpose of degassing from the sample itself and processing with the beam
10 for the gas introduced -3Low vacuum of about Pa or more
It is common to have degrees.

【0004】一方、荷電粒子ビームを安定に発生させる
ためには、荷電粒子源や電磁界レンズ等で構成される鏡
筒を10-5〜10-7Paの高い真空度に保つ必要があ
り、そのために、荷電粒子ビームが通るための小孔が開
いた固定隔壁を鏡筒と試料室との間に設けて、別々に排
気装置を設けた差動排気方式が取られている。また、こ
の様な従来装置においては、この小孔を通った荷電粒子
ビームを試料の任意の位置に照射するために、荷電粒子
ビーム直下に試料の照射位置を移動させるXYステージ
を設けている。
On the other hand, in order to stably generate a charged particle beam, it is necessary to maintain a lens barrel composed of a charged particle source, an electromagnetic field lens, and the like at a high degree of vacuum of 10 −5 to 10 −7 Pa. For this purpose, a differential pumping system is employed in which a fixed partition having a small hole through which the charged particle beam passes is provided between the lens barrel and the sample chamber, and a separate pumping device is provided. Further, in such a conventional apparatus, an XY stage for moving the irradiation position of the sample immediately below the charged particle beam is provided in order to irradiate the charged particle beam passing through the small hole to an arbitrary position on the sample.

【0005】また、荷電粒子ビーム装置のスループット
を上げるために、試料室と別に体積と内表面積の小さい
ロードロック室をゲートバルブを介して設け、試料交換
時に試料室の大気暴露を避けていた。
In order to increase the throughput of the charged particle beam apparatus, a load lock chamber having a small volume and a small internal surface area is provided separately from the sample chamber via a gate valve to avoid exposing the sample chamber to the atmosphere when the sample is replaced.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、XYス
テージを備えた試料室とロードロック室を合わせると、
装置の設置面積は非常に大きなものになり、例えば、8
インチ(≒20cm)のウェハの全面を観察できるSE
Mの場合、少なくとも、60cm×40cmの設置面積
が必要なことは容易に理解できる。
However, when the sample chamber provided with the XY stage and the load lock chamber are combined,
The installation area of the device becomes very large, for example, 8
SE that can observe the entire surface of an inch (イ ン チ 20 cm) wafer
In the case of M, it can be easily understood that an installation area of at least 60 cm × 40 cm is required.

【0007】近年、精密機械加工技術の進展や半導体プ
ロセスの適用により、超小型の荷電粒子源や鏡筒の製作
が可能となってきており、装置の小型化が期待されてい
るにも拘わらず、試料の大型化に伴って、XYステージ
移動機構を備えた試料室やロードロック室の大型化が装
置の全体構成の小型化を阻むという問題がある。
In recent years, with the advance of precision machining technology and the application of semiconductor processes, it has become possible to manufacture ultra-small charged particle sources and lens barrels. As the size of the sample increases, the size of the sample chamber and the load lock chamber provided with the XY stage moving mechanism increases.

【0008】したがって、本発明は、試料室を小型に
し、また、ロードロック室を設けることなく、鏡筒の真
空度を保ちつつ試料を交換する機構を有する荷電粒子ビ
ーム装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a charged particle beam apparatus having a mechanism for reducing the size of a sample chamber and exchanging a sample while maintaining the degree of vacuum of a lens barrel without providing a load lock chamber. And

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理的構
成の説明図であり、この図1を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明する。なお、図1は、
荷電粒子ビーム装置の試料室と鏡筒室の境界近傍の概略
的断面図である。 図1参照 (1)本発明は、試料室1と、鏡筒室2または荷電粒子
源室とを差動排気しながら試料7の任意の位置に荷電粒
子ビーム4を照射する荷電粒子ビーム装置において、荷
電粒子源と鏡筒3とを一体として、第1の自由度の方向
に移動させると共に、試料7を第1の自由度とは異なっ
た自由度の方向に移動させることを特徴とする。
FIG. 1 is an explanatory view of the principle configuration of the present invention. Referring to FIG. 1, means for solving the problems in the present invention will be described. In addition, FIG.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view near a boundary between a sample chamber and a column chamber of the charged particle beam device. FIG. 1 (1) The present invention relates to a charged particle beam apparatus that irradiates a charged particle beam 4 to an arbitrary position of a sample 7 while differentially exhausting a sample chamber 1 and a lens barrel chamber 2 or a charged particle source chamber. In addition, the charged particle source and the lens barrel 3 are integrally moved in the direction of the first degree of freedom, and the sample 7 is moved in the direction of a degree of freedom different from the first degree of freedom.

【0010】この様に、荷電粒子源と鏡筒3とを一体と
して、第1の自由度の方向に移動させると共に、試料7
を第1の自由度とは異なった自由度の方向に移動させる
ことによって、差動排気を可能にすることができ、ま
た、XYステージを用いないので、試料室1を小型化す
ることができる。
As described above, the charged particle source and the lens barrel 3 are integrally moved in the direction of the first degree of freedom,
Is moved in the direction of the degree of freedom different from the first degree of freedom, thereby enabling differential pumping. In addition, since the XY stage is not used, the size of the sample chamber 1 can be reduced. .

【0011】(2)また、本発明は、上記(1)におい
て、排気の差動部10につながる開口を封止する封止機
構9を備え、試料7をロードロック室を設けることなく
交換可能にしたことを特徴とする。
(2) The present invention according to the above (1), further comprising a sealing mechanism 9 for sealing an opening connected to the differential part 10 of the exhaust gas, so that the sample 7 can be replaced without providing a load lock chamber. It is characterized by the following.

【0012】この様に、排気の差動部10を封止する封
止機構9を設けることによって、鏡筒室2等を高真空に
保ったまま試料室1を大気暴露することができるので、
試料7をロードロック室を設けることなく交換可能にな
り、したがって、装置の全体構成をより小型化すること
ができる。
As described above, by providing the sealing mechanism 9 for sealing the exhaust differential section 10, the sample chamber 1 can be exposed to the atmosphere while the lens barrel chamber 2 and the like are kept at a high vacuum.
The sample 7 can be replaced without providing a load lock chamber, so that the overall configuration of the device can be further reduced.

【0013】(3)また、本発明は、上記(1)または
(2)において、試料7の移動が、荷電粒子ビーム4の
照射面の法線を回転軸とする回転運動であることを特徴
とする。
(3) The present invention is characterized in that, in the above (1) or (2), the movement of the sample 7 is a rotational movement about a normal line of the irradiation surface of the charged particle beam 4 as a rotation axis. And

【0014】この様に、XYステージを設けない試料7
の移動としては、試料7として典型的な半導体ウェハの
形状等から見て、荷電粒子ビーム4の照射面の法線を回
転軸とする回転運動が好適であり、試料7を回転運動さ
せることによって、試料7の移動に伴うスペースを必要
としないので、試料室1をより小型化することができ
る。
As described above, the sample 7 without the XY stage is provided.
As the movement of the sample 7, a rotational motion having the normal to the irradiation surface of the charged particle beam 4 as a rotation axis is preferable in view of the shape of a typical semiconductor wafer as the sample 7. Since the space for moving the sample 7 is not required, the size of the sample chamber 1 can be further reduced.

【0015】(4)また、本発明は、上記(3)におい
て、鏡筒3及び鏡筒3と一体化された部材の移動が、直
線運動であり、且つ、差動部10につながる開口を構成
し且つ荷電粒子ビーム4が通る小孔8が試料7の回転軸
を通ることを特徴とする。
(4) According to the present invention, in the above (3), the movement of the lens barrel 3 and the member integrated with the lens barrel 3 is a linear movement, and the opening connected to the differential portion 10 is formed. The small hole 8 that is configured and through which the charged particle beam 4 passes passes through the rotation axis of the sample 7.

【0016】この様に、鏡筒3及び鏡筒3と一体化され
た部材、即ち、フィン6の移動を直線運動とすることに
よって、装置の一方の幅を狭くすることができる。な
お、差動部10につながる開口を構成し且つ荷電粒子ビ
ーム4が通る小孔8が試料7の回転軸を通るようにする
ことは、試料7の表面の全ての位置に荷電粒子ビーム4
を照射するための必要条件である。
As described above, by moving the lens barrel 3 and a member integrated with the lens barrel 3, that is, the fins 6 in a linear motion, one width of the apparatus can be reduced. It should be noted that the configuration of the opening connected to the differential section 10 and the passage of the small hole 8 through which the charged particle beam 4 passes through the rotation axis of the sample 7 means that the charged particle beam 4
This is a necessary condition for irradiation.

【0017】(5)また、本発明は、上記(3)におい
て、鏡筒3及び鏡筒3と一体化された部材の移動が、荷
電粒子ビーム4の照射面の法線を回転軸とする第2の回
転運動であり、且つ、差動部10につながる開口を構成
し且つ荷電粒子ビーム4が通る小孔8が試料7の回転軸
を通ることを特徴とする。
(5) In the present invention, in the above (3), the movement of the lens barrel 3 and the member integrated with the lens barrel 3 uses the normal line of the irradiation surface of the charged particle beam 4 as the rotation axis. The second rotary motion is an opening that is connected to the differential unit 10, and the small hole 8 through which the charged particle beam 4 passes passes through the rotation axis of the sample 7.

【0018】この様に、鏡筒3及び鏡筒3と一体化され
た部材の移動を、荷電粒子ビーム4の照射面の法線を回
転軸とする第2の回転運動とすることによって、鏡筒3
と一体化された部材の移動に伴うスペースを必要としな
いので、装置を円形或いは楕円形等のコンパクトな形状
にすることができる。なお、この場合も、差動部10に
つながる開口を構成し且つ荷電粒子ビーム4が通る小孔
8が試料7の回転軸を通るようにすることは、試料7の
表面の全ての位置に荷電粒子ビーム4を照射するための
必要条件である。
As described above, the movement of the lens barrel 3 and the member integrated with the lens barrel 3 is defined as the second rotational movement about the normal line of the irradiation surface of the charged particle beam 4 as the rotation axis. Cylinder 3
Since the space required for the movement of the member integrated with the device is not required, the device can be formed into a compact shape such as a circular or elliptical shape. In this case as well, by forming an opening connected to the differential unit 10 and allowing the small holes 8 through which the charged particle beam 4 passes to pass through the rotation axis of the sample 7, charging at all positions on the surface of the sample 7 is performed. This is a necessary condition for irradiating the particle beam 4.

【0019】また、上記(4)または(5)において、
差動部10につながる開口の内、荷電粒子ビーム4が通
る小孔8を除く排気の差動部10を、向かい合った2つ
の平面の間の間隙とし、差動部10につながる開口を封
じるシール部位を、その2つの平面の少なくとも一方
に、例えば、隔壁5とフィン6との間の間隙からなる差
動部10の2つの平面の少なくとも一方に設ければ良
い。
In the above (4) or (5),
A seal that seals the opening connected to the differential section 10 by setting the exhaust differential section 10 excluding the small hole 8 through which the charged particle beam 4 passes among the openings connected to the differential section 10 as a gap between two opposed planes. The portion may be provided on at least one of the two planes, for example, on at least one of the two planes of the differential section 10 formed by the gap between the partition wall 5 and the fin 6.

【0020】また、上記(4)または(5)において、
差動部10につながる開口の内、荷電粒子ビーム4が通
る小孔8を除く排気の差動部10を、向かい合った2つ
の平面の間の間隙とし、その2つの平面とは別の部位に
差動部10につながる開口を封じるシール部位を設けて
も良く、それによって、差動部10を封止機構とは独立
に設計することができ、任意の差動排気特性を得ること
ができる。
In the above (4) or (5),
Of the openings connected to the differential section 10, the exhaust differential section 10 excluding the small holes 8 through which the charged particle beam 4 passes is a gap between two opposing planes, and is provided at a different position from the two planes. A sealing portion for closing the opening connected to the differential portion 10 may be provided, whereby the differential portion 10 can be designed independently of the sealing mechanism, and any differential pumping characteristics can be obtained.

【0021】また、上記(5)において、差動部10に
つながる開口の内、荷電粒子ビーム4が通る小孔8を除
く排気の差動部10を、向かい合った同軸の2つの円筒
面の間の間隙とし、その2つの円筒面とは別の部位に差
動部10につながる開口を封じるシール部位を設けても
良い。なお、この場合には、鏡筒室2は、回転自在の回
転内筒となる。
In the above (5), the differential part 10 of the exhaust, excluding the small hole 8 through which the charged particle beam 4 passes, of the opening connected to the differential part 10 is moved between two opposed coaxial cylindrical surfaces. And a sealing portion for sealing the opening connected to the differential portion 10 may be provided at a portion different from the two cylindrical surfaces. In this case, the lens barrel chamber 2 is a rotatable rotating inner cylinder.

【0022】また、上記(5)の様に、回転鏡筒3を用
いる場合には、排気の差動部10につながる開口は荷電
粒子ビーム4が通る小孔8のみとし、向かい合った同軸
の2つの円筒面の間の間隙を、磁性流体による封止、O
リングによる封止、及び、ウイルソン封止のいずれかを
用いた回転真空封止によって封止しても良い。
When the rotary lens barrel 3 is used as in the above (5), the opening connected to the exhaust differential section 10 is only the small hole 8 through which the charged particle beam 4 passes. The gap between the two cylindrical surfaces is sealed by magnetic fluid, O
The sealing may be performed by rotary vacuum sealing using either sealing with a ring or Wilson sealing.

【0023】また、回転真空封止によって封止する場合
には、回転真空封止部の一方の端部を、鏡筒室2或いは
荷電粒子源室の高真空側に開いた構成にしても良く、そ
れによって、真空ポンプは固定外筒に取り付けられこと
になるので真空ポンプやその配線等の扱いが容易にな
る。
In the case of sealing by rotary vacuum sealing, one end of the rotary vacuum seal may be opened to the high vacuum side of the lens barrel chamber 2 or the charged particle source chamber. Accordingly, since the vacuum pump is attached to the fixed outer cylinder, handling of the vacuum pump and its wiring becomes easy.

【0024】また、回転真空封止によって封止する場合
には、回転真空封止部の一方の端部を、大気側に開いて
も良く、それによって、高真空側は小孔8を通してのみ
低真空側につながっているので、磁性流体からの放出ガ
ス等が高真空側に流入せず、能力の小さな真空ポンプに
よって高真空を実現することができる。
In the case of sealing by rotary vacuum sealing, one end of the rotary vacuum seal may be opened to the atmosphere side, so that the high vacuum side is low only through the small holes 8. Since it is connected to the vacuum side, the released gas and the like from the magnetic fluid do not flow into the high vacuum side, and a high vacuum can be realized by a vacuum pump having a small capacity.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】ここで、図2乃至図13を参照し
て、本発明の各実施の形態を説明するが、まず、図2乃
至図4を参照して、本発明の第1の実施の形態を説明す
る。 図2(a)及び(b)参照 図2(a)は本発明の第1の実施の形態の観察時の荷電
粒子ビーム装置の試料室と鏡筒室の境界近傍の概略的断
面図であり、また、図2(b)はその際の荷電粒子ビー
ム装置上面図である。この第1の実施の形態の荷電粒子
ビーム装置は、走査型電子顕微鏡(SEM)であり、チ
ャンバーの外壁を構成する外筒11をレーストラック型
の開口13を有する隔壁12で分割して、下方を試料室
14とし、上方を鏡筒室15とする。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to FIGS. 2 to 13. First, referring to FIGS. 2 to 4, a first embodiment of the present invention will be described. An embodiment will be described. 2 (a) and 2 (b). FIG. 2 (a) is a schematic cross-sectional view near the boundary between the sample chamber and the column chamber of the charged particle beam device during observation according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2B is a top view of the charged particle beam apparatus at that time. The charged particle beam apparatus according to the first embodiment is a scanning electron microscope (SEM), in which an outer cylinder 11 forming an outer wall of a chamber is divided by a partition wall 12 having a race-track-type opening 13 and is divided into lower parts. Is the sample chamber 14, and the upper part is the lens barrel chamber 15.

【0026】この開口13には下端にレーストラック型
のフィン16を備えた鏡筒17が開口13の長軸方向に
移動可能に挿入され、鏡筒17の側壁には複数の気抜き
穴18が設けられるとともに、底部には、電子ビーム2
7を通過させる小孔19が設けられており、また、フィ
ン16にはレーストラック形状のOリング20が設けら
れている。なお、鏡筒17の内部には、図示しないもの
の静電レンズが設けられており、また、鏡筒17の上部
には電子銃が設けられている。
A lens barrel 17 having a race track type fin 16 at its lower end is inserted into the opening 13 so as to be movable in the longitudinal direction of the opening 13, and a plurality of vent holes 18 are formed in the side wall of the lens barrel 17. And an electron beam 2 at the bottom.
A small hole 19 is provided to pass through, and a fin 16 is provided with an O-ring 20 in the shape of a race track. Note that an electrostatic lens (not shown) is provided inside the lens barrel 17, and an electron gun is provided above the lens barrel 17.

【0027】一方、試料室14側には、例えば、8イン
チ(≒20cm)のSiウェハ等の試料24を搭載する
回転ステージ23が配置され、この回転ステージ23は
ベアリング機構26によって、回転軸25を軸として回
転自在になっている。また、この試料室14には、上端
にOリング22を備えた小孔封止機構21が設けられて
おり、後述するように、試料交換時に鏡筒17の底部に
設けた小孔19を封じるものである。
On the other hand, a rotating stage 23 on which a sample 24 such as an 8-inch (2420 cm) Si wafer is mounted is disposed on the sample chamber 14 side. It is rotatable around the axis. Further, the sample chamber 14 is provided with a small hole sealing mechanism 21 having an O-ring 22 at an upper end, and seals a small hole 19 provided at the bottom of the lens barrel 17 at the time of sample replacement, as described later. Things.

【0028】この第1の実施の形態の荷電粒子ビーム装
置における、排気の差動部は、小孔19による差動部2
9と、隔壁12とフィン16との間隙からなる差動部2
8とであり、試料24を回転軸25の周りに回転させる
とともに、隔壁12とフィン16との間隔を0.1mm
以下に保ちながら、小孔19が回転軸25の中心を通る
ように鏡筒17を開口13の長軸方向に直線運動させる
ことによって電子ビーム27を照射するものであり、試
料24からの反射電子はシンチレータ及び光電子増倍管
(ともに、図示せず)によって検出する。
In the charged particle beam apparatus according to the first embodiment, the differential portion of the exhaust
9 and a differential portion 2 comprising a gap between the partition 12 and the fin 16
8, while rotating the sample 24 around the rotation axis 25, and setting the distance between the partition 12 and the fin 16 to 0.1 mm.
The electron beam 27 is irradiated by linearly moving the lens barrel 17 in the long axis direction of the opening 13 so that the small hole 19 passes through the center of the rotation axis 25 while maintaining the following. Is detected by a scintillator and a photomultiplier tube (both not shown).

【0029】図3参照 図3はこの様な荷電粒子ビーム装置の要部を示す分解斜
視図であり、一例を挙げると、隔壁12には、長さl=
160mm、幅w=45mm、両端が半径r=22.5
mmの半円形をしたレーストラック型の開口13が設け
られている。また、鏡筒17と一体のフィン16は、厚
さt=4mm、長さL=190mm、幅W=75mm、
両端が半径R=37.5mmの半円形をしたレーストラ
ック型の板であり、鏡筒17の中心部には直径φ=2m
mの小孔19が設けられている。
FIG. 3 is an exploded perspective view showing a main part of such a charged particle beam apparatus. For example, a partition wall 12 has a length l =
160 mm, width w = 45 mm, radius r = 22.5 at both ends
A race track-shaped opening 13 having a semicircle of mm is provided. The fin 16 integrated with the lens barrel 17 has a thickness t = 4 mm, a length L = 190 mm, a width W = 75 mm,
Both ends are racetrack-shaped plates having a semicircular shape with a radius R of 37.5 mm, and the center of the lens barrel 17 has a diameter φ of 2 m.
m small holes 19 are provided.

【0030】この荷電粒子ビーム装置の排気機構として
は、例えば、試料室14を排気速度250リットル/
秒、鏡筒室15を排気速度60リットル/秒と、それぞ
れ独立のターボ分子ポンプを主力とする真空排気系によ
って構成される。これらの真空排気系によって、観察時
には、試料室14は、1×10-3Pa以下に、即ち、1
×10-3Paより高真空に、また、鏡筒室15は、1×
10-5Pa以下に、即ち、1×10-5Paより高真空に
排気される。
As an evacuation mechanism of this charged particle beam apparatus, for example, the sample chamber 14 is evacuated at a rate of 250 liters / liter.
Each second, the lens barrel chamber 15 is constituted by an evacuation speed of 60 l / sec, and a vacuum evacuation system mainly composed of independent turbo molecular pumps. By these evacuation systems, the sample chamber 14 is kept at 1 × 10 −3 Pa or less during observation, that is, 1 × 10 −3 Pa.
At a vacuum higher than × 10 −3 Pa, the lens barrel chamber 15 is 1 ×
It is evacuated to a vacuum of 10 −5 Pa or less, that is, higher than 1 × 10 −5 Pa.

【0031】この様な真空排気系を用いて排気する場
合、鏡筒17の底部に設けた小孔19のコンダクタンス
(20℃空気)は、 0.359×116m/s×3.14×(1mm)2
1.3×10-43 /s となり、一方、隔壁12とフィン16との間隙のコンダ
クタンス(20℃空気)は、隔壁12とフィン16との
間隙の間隔を0.1mmとした場合、 3/8×ln(15mm/0.1mm)×309m/s
×418mm×(0.1mm)2 /15mm≒1.6×
10-43 /s となる。
When evacuating using such a vacuum evacuation system, the conductance (20 ° C. air) of the small hole 19 provided at the bottom of the lens barrel 17 is 0.359 × 116 m / s × 3.14 × (1 mm ) 2
1.3 × 10 −4 m 3 / s. On the other hand, the conductance (at 20 ° C. air) of the gap between the partition 12 and the fin 16 is 0.1 mm when the gap between the partition 12 and the fin 16 is 0.1 mm. 3/8 × ln (15 mm / 0.1 mm) × 309 m / s
× 418mm × (0.1mm) 2 /15mm≒1.6×
10 −4 m 3 / s.

【0032】試料室14の真空度が1×10-3Pa以下
の時に、鏡筒室15の真空度を1×10-5Pa以下にす
るためには、高真空側の鏡筒室15からみた差動部2
8,29のガス放出速度を最大で、 (1.3×10-43 /s+1.6×10-43 /s)
×(1×10-3Pa−1×10-5Pa)≒2.9×10
-7Pa・m3 /s とする必要があり、これを排気するのに必要な鏡筒室1
5側の真空ポンプの排気速度としては、 2.9×10-7Pa・m3 /s÷1×10-5Pa=29
リットル/s が必要となるが、鏡筒室15を排気するターボ分子ポン
プの排気速度60リットル/s内に収まることになる。
When the degree of vacuum in the sample chamber 14 is 1 × 10 −3 Pa or less, the degree of vacuum in the lens barrel chamber 15 is set to 1 × 10 −5 Pa or less. Seen differential part 2
The maximum gas release rate of 8,29 is (1.3 × 10 −4 m 3 /s+1.6×10 −4 m 3 / s)
× (1 × 10 −3 Pa−1 × 10 −5 Pa) ≒ 2.9 × 10
-7 Pa · m 3 / s, which is necessary for exhausting this
The pumping speed of the vacuum pump on the fifth side is 2.9 × 10 −7 Pa · m 3 / s ÷ 1 × 10 −5 Pa = 29
Although liter / s is required, it can be kept within the exhaust speed of 60 liter / s of the turbo molecular pump for exhausting the lens barrel chamber 15.

【0033】図4(a)及び(b)参照 図4(a)は本発明の第1の実施の形態の試料交換時の
荷電粒子ビーム装置の試料室と鏡筒室の境界近傍の概略
的断面図であり、また、図4(b)はその際の荷電粒子
ビーム装置上面図である。試料交換時には、鏡筒17を
開口13の長軸方向の左側へ移動させ、その位置でフィ
ン16を隔壁12に押しつけ、Oリング20によって差
動部28とともに開口13も封じ、また、小孔封止機構
21を鏡筒17の底部に押しつけることによって、小孔
封止機構21の上端に設けたOリング22によって差動
部29を構成する小孔19を封止する。
4 (a) and 4 (b) FIG. 4 (a) schematically shows the vicinity of the boundary between the sample chamber and the lens barrel chamber of the charged particle beam apparatus at the time of sample replacement according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4B is a cross-sectional view, and FIG. 4B is a top view of the charged particle beam device at that time. At the time of sample exchange, the lens barrel 17 is moved to the left in the long axis direction of the opening 13, and the fin 16 is pressed against the partition wall 12 at that position, and the opening 13 is sealed together with the differential portion 28 by the O-ring 20. By pressing the stop mechanism 21 against the bottom of the lens barrel 17, the small hole 19 forming the differential portion 29 is sealed by the O-ring 22 provided at the upper end of the small hole sealing mechanism 21.

【0034】この様に、開口13及び小孔19を封止し
た後に、試料室14を大気開放して試料24を交換し、
再び、試料室14を真空排気し、試料室14の真空度が
1×10-3Paに達したところで、開口13及び小孔1
9を開放して差動部28,29を働かせ、引き続き試料
24の観察を再開する。
After the opening 13 and the small hole 19 are sealed in this way, the sample chamber 14 is opened to the atmosphere and the sample 24 is exchanged.
The sample chamber 14 is evacuated again, and when the degree of vacuum in the sample chamber 14 reaches 1 × 10 −3 Pa, the opening 13 and the small hole 1
9 is released, the differential portions 28 and 29 are operated, and the observation of the sample 24 is resumed.

【0035】この様に、本発明の第1の実施の形態にお
いては、試料24の全面に電子ビーム27を照射する際
に、XYステージを用いることなく、試料24の回転運
動と鏡筒17の直線運動とを組合せて用いているので、
試料室14を小型化することができる。即ち、電子ビー
ム27、したがって、鏡筒17と試料24の相対位置を
任意に設定するためには、少なくとも2軸の自由度が必
要であるが、鏡筒17を2軸方向に移動させるとする
と、差動排気を実現することは非常に困難になるが、鏡
筒17の移動を1軸方向にとどめ、もう1軸は試料24
を移動させることとし、試料24の移動を回転運動とす
ることによって、差動排気を実現しながら試料室14を
小型化することができる。
As described above, in the first embodiment of the present invention, when irradiating the entire surface of the sample 24 with the electron beam 27, the rotational movement of the sample 24 and the movement of the lens barrel 17 are performed without using the XY stage. Since it is used in combination with linear motion,
The sample chamber 14 can be reduced in size. That is, in order to arbitrarily set the electron beam 27, and hence the relative position between the lens barrel 17 and the sample 24, at least two axes of freedom are required. It is very difficult to realize differential pumping, but the movement of the lens barrel 17 is limited to one axis direction, and the other axis is the sample 24.
By moving the sample 24 as a rotational motion, the sample chamber 14 can be reduced in size while realizing differential evacuation.

【0036】また、上記の第1の実施の形態において
は、鏡筒17を試料24から外れる位置まで移動させ、
その位置において開口13及び小孔19を封止している
ので、鏡筒室15を高真空に保ったままで試料室14を
大気開放することが可能になる。したがって、従来の様
なロードロック室を設けることなく試料の交換が可能に
なるので、試料室14の小型化とあいまって装置全体の
小型化が可能になり、設置面積を小さくすることができ
る。
In the first embodiment, the lens barrel 17 is moved to a position outside the sample 24,
Since the opening 13 and the small hole 19 are sealed at that position, the sample chamber 14 can be opened to the atmosphere while the lens barrel chamber 15 is kept at a high vacuum. Therefore, the sample can be exchanged without providing a load lock chamber as in the related art, so that the size of the entire apparatus can be reduced in combination with the downsizing of the sample chamber 14, and the installation area can be reduced.

【0037】次に、図5及び図6を参照して、本発明の
第2の実施の形態の荷電粒子ビーム装置を説明するが、
この第2の実施の形態の荷電粒子ビーム装置は、鏡筒及
びフィンの構成を変えただけで他の構成は上記の第1の
実施の形態と同じであるので、共通部分については説明
を省略する。なお、図5(a)及び図6(a)は夫々本
発明の第2の実施の形態の観察時及び試料交換時の荷電
粒子ビーム装置の試料室と鏡筒室の境界近傍の概略的断
面図であり、また、図5(b)及び図6(b)は夫々そ
の際の荷電粒子ビーム装置上面図である。
Next, a charged particle beam apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The charged particle beam device according to the second embodiment is the same as the first embodiment except for the configuration of the lens barrel and the fins. Therefore, the description of the common parts is omitted. I do. FIGS. 5A and 6A are schematic cross-sectional views showing the vicinity of the boundary between the sample chamber and the lens-barrel chamber of the charged particle beam apparatus at the time of observation and sample exchange according to the second embodiment of the present invention, respectively. FIG. 5B and FIG. 6B are top views of the charged particle beam device at that time, respectively.

【0038】図5(a)及び(b)参照 この第2の実施の形態においては、鏡筒31を気抜き穴
18を設けた側壁とレーストラック形状のフィン32か
らなる上部部材と、底部に電子ビーム27を通過させる
小孔19を備えるとともに、小孔19に対して非対称な
レーストラック形状のフィン30及び上部部材に挿入す
る筒状部とからなる下部部材に分割したものである。即
ち、差動部33を構成するフィン32と、差動部33に
つながる開口部13を封じるフィン30とを分けたもの
である。
Referring to FIGS. 5A and 5B, in the second embodiment, the lens barrel 31 is provided with an upper member composed of a side wall provided with the vent hole 18 and a fin 32 of a race track shape, It is provided with a small hole 19 through which the electron beam 27 passes, and is divided into a lower member composed of a fin 30 having a racetrack shape asymmetric with respect to the small hole 19 and a cylindrical portion inserted into the upper member. That is, the fin 32 constituting the differential portion 33 and the fin 30 for closing the opening 13 connected to the differential portion 33 are separated.

【0039】図6(a)及び(b)参照 この第2の実施の形態の試料交換時の場合にも、鏡筒3
1を開口13の長軸方向の左側へ移動させ、その位置で
フィン30を隔壁12に押しつけ、Oリング20によっ
て開口13を封じ、また、小孔封止機構21を鏡筒31
の底部に押しつけることによって、小孔封止機構21の
上端に設けたOリング22によって差動部29を構成す
る小孔19を封止する。
Referring to FIGS. 6A and 6B, the lens barrel 3 is also used when the sample is exchanged in the second embodiment.
1 is moved to the left in the long axis direction of the opening 13, the fin 30 is pressed against the partition wall 12 at that position, the opening 13 is sealed by the O-ring 20, and the small hole sealing mechanism 21 is moved to the lens barrel 31.
The small hole 19 constituting the differential portion 29 is sealed by the O-ring 22 provided at the upper end of the small hole sealing mechanism 21 by pressing against the bottom of the small hole.

【0040】この第2の実施の形態においては、差動部
33を構成するフィン32と、差動部33を封じるフィ
ン30とを分けているので、差動部33を封じるOリン
グ20の潰ししろと差動部33の間隙の間隔を独立に設
定することができ、それによって、上記の第1の実施の
形態に比べてより大きな圧力差とより確実な真空封止と
を実現することができる。
In the second embodiment, since the fins 32 forming the differential portion 33 and the fins 30 sealing the differential portion 33 are separated, the O-ring 20 sealing the differential portion 33 is crushed. The spacing between the gap and the gap between the differential portion 33 can be set independently, whereby a larger pressure difference and more reliable vacuum sealing can be realized as compared with the first embodiment. it can.

【0041】次に、図7及び図8を参照して、本発明の
第3の実施の形態の荷電粒子ビーム装置を説明するが、
この第3の実施の形態の荷電粒子ビーム装置は、鏡筒及
びフィンの構成を変えるとともに、フィンに回転軸を設
け、鏡筒の移動を回転運動させたものであり、この回転
運動にともなって隔壁に設ける開口の形状を半円環状に
したものであるが、その他の構成は上記の第1の実施の
形態と同じであるので、共通部分については説明を省略
する。なお、図7(a)及び図8(a)は夫々本発明の
第3の実施の形態の観察時及び試料交換時の荷電粒子ビ
ーム装置の試料室と鏡筒室の境界近傍の概略的断面図で
あり、また、図7(b)及び図8(b)は夫々その際の
荷電粒子ビーム装置上面図である。
Next, a charged particle beam apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the charged particle beam apparatus according to the third embodiment, the configuration of the lens barrel and the fins is changed, the fin is provided with a rotation axis, and the movement of the lens barrel is rotated. Although the shape of the opening provided in the partition is made semicircular, the other configuration is the same as that of the above-described first embodiment, and the description of the common part is omitted. FIGS. 7A and 8A are schematic cross-sectional views near the boundary between the sample chamber and the lens barrel chamber of the charged particle beam apparatus at the time of observation and at the time of sample exchange, respectively, according to the third embodiment of the present invention. FIG. 7B and FIG. 8B are top views of the charged particle beam device at that time, respectively.

【0042】図7(a)及び(b)参照 この第3の実施の形態においては、気抜き穴18を設け
た鏡筒35の底部に一体に設けるフィン36の形状を円
形にするとともに、円形のフィン36の中央に回転軸3
7を設けて、鏡筒35及びフィン36を回転軸37の周
りに回転運動させる。また、隔壁12には鏡筒35の回
転運動を可能にするように、半円環状の開口34が設け
られており、観察時においては、小孔19が鏡筒35の
回転運動に伴って、試料24の中心、したがって、回転
軸25の中心を通るようにする必要がある。なお、フィ
ン36には、開口34、回転軸37の貫通部を封じるO
リング38が設けられている。
7 (a) and 7 (b) In the third embodiment, the shape of the fin 36 provided integrally with the bottom of the lens barrel 35 provided with the vent hole 18 is circular, and Rotation axis 3 in the center of the fin 36
7 is provided to rotate the lens barrel 35 and the fin 36 around the rotation axis 37. In addition, a semi-annular opening 34 is provided in the partition wall 12 so as to enable the rotational movement of the lens barrel 35. At the time of observation, the small holes 19 are rotated with the rotational movement of the lens barrel 35. It is necessary to pass through the center of the sample 24 and therefore the center of the rotation axis 25. The fin 36 has an O that seals the opening 34 and the penetrating portion of the rotating shaft 37.
A ring 38 is provided.

【0043】この第3の実施の形態においては、試料2
4の回転運動と、鏡筒35の回転運動を組み合わせるこ
とによって、試料24の全面に電子ビーム27を照射し
て観察を行うことになる。なお、この場合の差動部は、
上記の第1の実施の形態と同様に、隔壁12とフィン3
6との間隙からなる差動部28と、小孔19による差動
部29となる。
In the third embodiment, the sample 2
By combining the rotational movement of 4 and the rotational movement of the lens barrel 35, the entire surface of the sample 24 is irradiated with the electron beam 27 for observation. In this case, the differential section is
As in the first embodiment, the partition 12 and the fin 3
6 and a differential portion 29 formed by the small holes 19.

【0044】図8(a)及び(b)参照 この第3の実施の形態の試料交換時の場合には、鏡筒3
5を回転軸37の周りを図8(b)において左周りに回
転させるとともに、フィン36を隔壁12に押しつけ、
Oリング38によって差動部28とともに開口34と回
転軸37の貫通部を封じ、また、小孔封止機構21を鏡
筒35の底部に押しつけることによって、小孔封止機構
21の上端に設けたOリング22によって差動部29を
構成する小孔19を封止する。
Referring to FIGS. 8A and 8B, when the sample is exchanged in the third embodiment, the lens barrel 3
8 is rotated counterclockwise around the rotation axis 37 in FIG. 8B, and the fins 36 are pressed against the partition wall 12,
The opening 34 and the through portion of the rotating shaft 37 are sealed together with the differential portion 28 by the O-ring 38, and the small hole sealing mechanism 21 is provided on the upper end of the small hole sealing mechanism 21 by pressing the small hole sealing mechanism 21 against the bottom of the lens barrel 35. The small hole 19 forming the differential portion 29 is sealed by the O-ring 22.

【0045】この第3の実施の形態においては、鏡筒3
5とフィン36の移動を回転運動としたので、フィン3
6の移動に伴う空間が不要になるので、試料室14をよ
り小型化することができる。
In the third embodiment, the lens barrel 3
Since the movement of the fin 3 and the fin 36 is a rotational movement,
Since the space for the movement of the sample chamber 6 is not required, the size of the sample chamber 14 can be further reduced.

【0046】次に、図9及び図10を参照して、本発明
の第4の実施の形態の荷電粒子ビーム装置を説明する。
なお、図9(a)及び図10(a)は夫々本発明の第4
の実施の形態の観察時及び試料交換時の荷電粒子ビーム
装置の試料室と鏡筒室の境界近傍の概略的断面図であ
り、また、図9(b)及び図10(b)は夫々その際の
荷電粒子ビーム装置上面図である。 図9(a)及び(b)参照 この第4の実施の形態の荷電粒子ビーム装置も、走査型
電子顕微鏡(SEM)であり、チャンバーの外壁を構成
する固定外筒41と回転内筒42によって構成され、こ
の回転内筒42の小孔19を有する底面によって試料室
14と鏡筒室15とに分離されるものであり、この鏡筒
室15内には、静電レンズ及び電子銃を備えた微小鏡筒
(図示せず)が、軸が小孔19と一致するように配置さ
れることになる。
Next, a charged particle beam apparatus according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIGS. 9A and 10A show the fourth embodiment of the present invention, respectively.
10A and 10B are schematic cross-sectional views of the vicinity of the boundary between the sample chamber and the lens barrel chamber of the charged particle beam apparatus at the time of observation and at the time of sample replacement in the embodiment of FIG. FIG. 3 is a top view of the charged particle beam device at the time. 9 (a) and 9 (b). The charged particle beam apparatus according to the fourth embodiment is also a scanning electron microscope (SEM), and includes a fixed outer cylinder 41 and a rotating inner cylinder 42 which form the outer wall of the chamber. The rotating inner cylinder 42 is separated into a sample chamber 14 and a lens barrel chamber 15 by a bottom surface having the small holes 19. The lens barrel chamber 15 includes an electrostatic lens and an electron gun. The small lens barrel (not shown) is disposed so that the axis thereof coincides with the small hole 19.

【0047】この場合、回転内筒42の外壁面には差動
排気を可能にしながら回転自在にするためのベアリング
機構46が設けられており、ベアリング機構46は押さ
え部材47によって押さえられる。また、回転内筒42
の底面の周囲には、シール用フィン43が設けられてお
り、このシール用フィン43には、回転内筒42との間
を封じるOリング44と、試料交換時に固定外筒41の
内壁面と回転内筒42の外壁面との間隙からなる差動部
48につながる開口40を封じるOリング45が設けら
れている。
In this case, a bearing mechanism 46 is provided on the outer wall surface of the rotary inner cylinder 42 so as to be rotatable while enabling differential exhaust, and the bearing mechanism 46 is held down by a holding member 47. Also, the rotating inner cylinder 42
A fin 43 for sealing is provided around the bottom surface of the O-ring 44 which seals between the rotating inner cylinder 42 and the inner wall surface of the fixed outer cylinder 41 during sample exchange. An O-ring 45 is provided to seal the opening 40 connected to the differential portion 48 formed by a gap with the outer wall surface of the rotary inner cylinder 42.

【0048】一方、試料室14側には、上記の第1の実
施の形態と同様に、例えば、8インチ(≒20cm)の
Siウェハ等の試料24を搭載する回転ステージ23が
配置され、この回転ステージ23はベアリング機構26
によって、回転軸25を軸として回転自在になってい
る。また、この試料室14には、上端にOリング22を
備えた小孔封止機構21が設けられており、後述するよ
うに、試料交換時に回転内筒42の底部に設けた小孔1
9を封じるものである。
On the other hand, a rotary stage 23 for mounting a sample 24 such as an 8-inch (2420 cm) Si wafer, for example, is arranged on the sample chamber 14 side, as in the first embodiment. The rotation stage 23 has a bearing mechanism 26
Thereby, it is rotatable around the rotation shaft 25. The sample chamber 14 is provided with a small hole sealing mechanism 21 provided with an O-ring 22 at the upper end. As will be described later, a small hole 1 provided at the bottom of the rotary inner cylinder 42 at the time of sample replacement is provided.
9 is sealed.

【0049】この第4の実施の形態の荷電粒子ビーム装
置における、排気の差動部は、小孔19による差動部2
9と、固定外筒41の内壁面と回転内筒42の外壁面と
の間隙からなる差動部48とであり、試料24を回転軸
25の周りに回転させるとともに、回転内筒42を回転
させることによって電子ビーム27を試料24の全面に
照射するものであり、試料24からの反射電子はシンチ
レータ及び光電子増倍管(ともに、図示せず)によって
検出する。なお、小孔19の位置は、回転内筒42の回
転運動に伴って、小孔19が、試料24の中心、したが
って、回転軸25の中心を通るようにする必要がある。
In the charged particle beam apparatus according to the fourth embodiment, the differential part of the exhaust
9 and a differential portion 48 formed by a gap between the inner wall surface of the fixed outer cylinder 41 and the outer wall surface of the rotating inner cylinder 42, and rotates the sample 24 around the rotation axis 25 and rotates the rotating inner cylinder 42. This causes the entire surface of the sample 24 to be irradiated with the electron beam 27, and reflected electrons from the sample 24 are detected by a scintillator and a photomultiplier tube (both not shown). Note that the position of the small hole 19 needs to be such that the small hole 19 passes through the center of the sample 24 and therefore the center of the rotating shaft 25 with the rotation of the rotary inner cylinder 42.

【0050】図10(a)及び(b)参照 この第4の実施の形態の試料交換時の場合には、回転内
筒42を図10(b)において左周りに回転させるとと
もに、回転内筒42の底部の周囲に固定したシール用フ
ィン43を固定外筒41の突起部に押しつけ、Oリング
45によって差動部48につながる開口40を封止する
とともに、小孔封止機構21を回転内筒42の底部に押
しつけることによって、小孔封止機構21の上端に設け
たOリング22によって差動部29を構成する小孔19
を封止する。
Referring to FIGS. 10A and 10B, when the sample is replaced in the fourth embodiment, the rotating inner cylinder 42 is rotated counterclockwise in FIG. A sealing fin 43 fixed around the bottom of the base 42 is pressed against the projection of the fixed outer cylinder 41 to seal the opening 40 connected to the differential part 48 with the O-ring 45, and the small hole sealing mechanism 21 is rotated inside. By pressing against the bottom of the cylinder 42, the small holes 19 forming the differential portion 29 by the O-ring 22 provided at the upper end of the small hole sealing mechanism 21.
Is sealed.

【0051】この第4の実施の形態においては、差動部
48を構成する部分と、差動部48につながる開口40
を封じるフィン、即ち、シール用フィン43を分けてい
るので、差動部48につながる開口40を封じるOリン
グ45の潰ししろと差動部48の間隙の間隔とを独立に
設定することができ、また、この第4の実施の形態にお
いては、試料室14の直径と差動部48の間隙長を独立
に設定することができるので、それによって、試料室1
4を大型化することなく、より大きな圧力差とより確実
な真空封止とを実現することができる。
In the fourth embodiment, the portion constituting the differential section 48 and the opening 40 connected to the differential section 48 are formed.
Are separated, that is, the sealing fins 43 are separated, so that the gap between the crushing of the O-ring 45 for sealing the opening 40 connected to the differential portion 48 and the gap between the differential portions 48 can be set independently. In the fourth embodiment, the diameter of the sample chamber 14 and the length of the gap between the differential portions 48 can be set independently.
A larger pressure difference and a more reliable vacuum sealing can be realized without increasing the size of 4.

【0052】次に、図11及び図12を参照して、本発
明の第5の実施の形態の荷電粒子ビーム装置を説明す
る。なお、図11(a)及び図12(a)は夫々本発明
の第5の実施の形態の観察時及び試料交換時の荷電粒子
ビーム装置の試料室と鏡筒室の境界近傍の概略的断面図
であり、また、図11(b)及び図12(b)は夫々そ
の際の荷電粒子ビーム装置上面図である。 図11(a)及び(b)参照 この第5の実施の形態の荷電粒子ビーム装置も、走査型
電子顕微鏡(SEM)であり、試料室14の外壁を構成
する試料室外壁51、試料室外壁51と同径でOリング
53を介して一体に固定される固定外筒52、及び、回
転内筒54によって構成され、この回転内筒54の小孔
19を有する底面によって試料室14と鏡筒室15とに
分離されるものであり、この鏡筒室15内には、静電レ
ンズ及び電子銃を備えた微小鏡筒(図示せず)が、軸が
小孔19と一致するように配置されることになる。
Next, a charged particle beam apparatus according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIGS. 11A and 12A are schematic cross-sectional views showing the vicinity of the boundary between the sample chamber and the lens barrel chamber of the charged particle beam apparatus at the time of observation and sample exchange according to the fifth embodiment of the present invention, respectively. FIG. 11B and FIG. 12B are top views of the charged particle beam device at that time, respectively. 11 (a) and 11 (b) The charged particle beam apparatus according to the fifth embodiment is also a scanning electron microscope (SEM), and includes a sample chamber outer wall 51 and a sample chamber outer wall constituting the outer wall of the sample chamber 14. The sample chamber 14 and the lens barrel are constituted by a fixed outer cylinder 52 having the same diameter as that of the sample chamber 51 and integrally fixed via an O-ring 53, and a rotating inner cylinder 54. A small lens barrel (not shown) having an electrostatic lens and an electron gun is arranged in the lens barrel chamber 15 so that the axis thereof coincides with the small hole 19. Will be done.

【0053】この場合、回転内筒54の外壁面には回転
自在にするためのベアリング機構55が設けられてお
り、このベアリング機構55の上部には、磁性流体保持
部材56がOリング58を介して固定外筒52の内壁面
に固定され、この磁性流体保持部材56の回転内筒54
に向かい会う面には磁性流体57が設けられており、こ
の磁性流体57によって回転真空封止を行う。
In this case, a bearing mechanism 55 is provided on the outer wall surface of the rotary inner cylinder 54 so as to be rotatable. Above the bearing mechanism 55, a magnetic fluid holding member 56 is provided via an O-ring 58. The magnetic fluid holding member 56 is fixed to the inner wall surface of the fixed outer cylinder 52.
A magnetic fluid 57 is provided on the surface facing the, and the magnetic fluid 57 performs rotary vacuum sealing.

【0054】一方、試料室14側には、上記の第1の実
施の形態と同様に、例えば、8インチ(≒20cm)の
Siウェハ等の試料24を搭載する回転ステージ23が
配置され、この回転ステージ23はベアリング機構26
によって、回転軸25を軸として回転自在になってい
る。また、この試料室14には、上端にOリング22を
備えた小孔封止機構21が設けられており、後述するよ
うに、試料交換時に回転内筒54の底部に設けた小孔1
9を封じるものである。
On the other hand, on the sample chamber 14 side, similarly to the first embodiment, a rotary stage 23 for mounting a sample 24 such as an 8-inch (等 20 cm) Si wafer is arranged. The rotation stage 23 has a bearing mechanism 26
Thereby, it is rotatable around the rotation shaft 25. The sample chamber 14 is provided with a small hole sealing mechanism 21 having an O-ring 22 at the upper end. As will be described later, a small hole 1 provided at the bottom of the rotating inner cylinder 54 at the time of sample replacement is provided.
9 is sealed.

【0055】この第5の実施の形態の荷電粒子ビーム装
置における、排気の差動部は、小孔19による差動部2
9のみとなり、この差動部29を介して排気を行いなが
ら、試料24を回転軸25の周りに回転させるととも
に、回転内筒54を回転させることによって電子ビーム
27を試料24の全面に照射するものであり、試料24
からの反射電子はシンチレータ及び光電子増倍管(とも
に、図示せず)によって検出する。なお、小孔19の位
置は、回転内筒54の回転運動に伴って、小孔19が、
試料24の中心、したがって、回転軸25の中心を通る
ようにする必要がある。
In the charged particle beam apparatus according to the fifth embodiment, the differential part of the exhaust
The electron beam 27 is irradiated onto the entire surface of the sample 24 by rotating the sample 24 around the rotation axis 25 and rotating the rotating inner cylinder 54 while exhausting the gas through the differential unit 29. Sample 24
Backscattered electrons are detected by a scintillator and a photomultiplier tube (both not shown). The position of the small hole 19 is determined by the rotation of the rotary inner cylinder 54.
It is necessary to pass through the center of the sample 24 and therefore the center of the rotation axis 25.

【0056】図12(a)及び(b)参照 この第5の実施の形態の試料交換時の場合には、回転内
筒54を図12(b)において左周りに回転させるとと
もに、小孔封止機構21を回転内筒54の底部に押しつ
けることによって、小孔封止機構21の上端に設けたO
リング22によって差動部29を構成する小孔19を封
止する。
Referring to FIGS. 12 (a) and 12 (b), when the sample is replaced in the fifth embodiment, the rotating inner cylinder 54 is rotated counterclockwise in FIG. By pressing the stop mechanism 21 against the bottom of the rotary inner cylinder 54, the O
The small holes 19 forming the differential portion 29 are sealed by the ring 22.

【0057】この第5の実施の形態においては、差動部
29以外に差動部は設けないので、小孔封止機構21以
外に、封止機構を設ける必要がなくなるとともに、回転
内筒54は回転運動をするだけで良いので運動機構が簡
素化される。
In the fifth embodiment, since no differential portion is provided other than the differential portion 29, there is no need to provide a sealing mechanism other than the small hole sealing mechanism 21, and the rotary inner cylinder 54 Suffices to make only a rotary motion, so that the motion mechanism is simplified.

【0058】次に、図13を参照して、本発明の第5の
実施の形態の荷電粒子ビーム装置の2種類の排気機構を
説明する。 図13(a)参照 図13(a)は、回転封止機構の一端を大気側に開放す
るタイプであり、この場合の鏡筒室15の排気は回転内
筒54に取り付けた真空ポンプ(図示せず)によって、
図の矢印の方向へ排気される。なお、図において、符号
59は磁性流体保持部材56の上端側を封止するOリン
グであり、また、符号60は回転内筒54の上部側に設
けたベアリング機構であり、さらに、符号61は、ベア
リング機構60を押さえる押さえ部材である。
Next, two types of exhaust mechanisms of the charged particle beam apparatus according to the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 13A shows a type in which one end of a rotary sealing mechanism is opened to the atmosphere side. In this case, exhaust of the lens barrel chamber 15 is performed by a vacuum pump attached to a rotary inner cylinder 54 (see FIG. 13A). Not shown)
Air is exhausted in the direction of the arrow in the figure. In the drawings, reference numeral 59 denotes an O-ring that seals the upper end side of the magnetic fluid holding member 56, reference numeral 60 denotes a bearing mechanism provided on the upper side of the rotary inner cylinder 54, and reference numeral 61 denotes a bearing mechanism. And a holding member for holding the bearing mechanism 60.

【0059】この場合には、高真空側は低真空側と、荷
電粒子ビームが通る小孔を介してのみつながっているの
で、磁性流体57からの放出ガスは高真空側に流入せ
ず、より能力の小さな真空ポンプで必要とする真空度を
実現することができる。
In this case, the high vacuum side is connected to the low vacuum side only through the small hole through which the charged particle beam passes, so that the gas released from the magnetic fluid 57 does not flow into the high vacuum side, and The required degree of vacuum can be realized with a vacuum pump having a small capacity.

【0060】図13(b)参照 図13(b)は、回転封止機構の一端を高真空側に開放
するタイプであり、この場合の鏡筒室15の排気は固定
外筒62に取り付けた真空ポンプ(図示せず)によっ
て、図の矢印の方向へ排気される。なお、図において、
符号59は磁性流体保持部材56の上端側を封止するO
リングであり、また、符号64は回転内筒63の上部側
に設けたベアリング機構であり、さらに、符号65は、
ベアリング機構64を押さえる押さえ部材である。
FIG. 13B shows a type in which one end of the rotary sealing mechanism is opened to the high vacuum side. In this case, the exhaust of the lens barrel chamber 15 is attached to the fixed outer cylinder 62. The air is evacuated by a vacuum pump (not shown) in the direction of the arrow in the figure. In the figure,
Reference numeral 59 denotes O for sealing the upper end side of the magnetic fluid holding member 56.
Reference numeral 64 denotes a bearing mechanism provided on the upper side of the rotating inner cylinder 63. Reference numeral 65 denotes a ring.
It is a holding member for holding the bearing mechanism 64.

【0061】この場合には、真空ポンプが固定外筒62
に取り付けられるため、真空ポンプやその配線等が扱い
易いという特長があり、高真空側と低真空側との関係に
おいては、上記の第1乃至第4の実施の形態と類似の構
成となる。
In this case, the vacuum pump is
The vacuum pump and its wiring are easy to handle because they are attached to the vacuum pump, and the relationship between the high vacuum side and the low vacuum side is similar to that of the first to fourth embodiments.

【0062】以上、本発明の各実施の形態を説明してき
たが、本発明は上記の各実施の形態に記載された構成に
限られるものではなく、各種の変更が可能である。例え
ば、上記の各実施の形態の説明においては、荷電粒子ビ
ーム装置として、走査型電子顕微鏡(SEM)を念頭に
説明しているが、SEMに限られるものではなく、2次
イオン質量分析装置(SIMS)にも適用されるもので
あり、また、その用途としても、単に試料の表面を観察
するものに限られず、荷電粒子ビームによって試料の表
面を加工するタイプの荷電粒子ビーム装置にも適用され
るものである。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the configurations described in the above embodiments, and various modifications are possible. For example, in the description of each of the above-described embodiments, a scanning electron microscope (SEM) has been described as a charged particle beam apparatus. However, the charged particle beam apparatus is not limited to the SEM, and is not limited to the SEM. SIMS), and its application is not limited to simply observing the surface of a sample, but is also applicable to a charged particle beam apparatus that processes the surface of a sample with a charged particle beam. Things.

【0063】また、上記の第1乃至第3の実施の形態の
説明においては、差動部を封止するOリングをフィン側
に設けているが、隔壁側に設けても良いものであり、或
いは、両方に設けても良いものであり、また、Oリング
は真空封止をより確実にするために、2重に設けても良
いものである。
In the description of the first to third embodiments, the O-ring for sealing the differential portion is provided on the fin side, but may be provided on the partition side. Alternatively, the O-rings may be provided on both sides, and the O-rings may be provided twice in order to further ensure vacuum sealing.

【0064】また、上記の第5の実施の形態の説明にお
いては、固定外筒52と回転内筒54との間を磁性流体
57を用いて回転真空封止しているが、この様な回転真
空封止を行う手段は磁性流体57に限られるものではな
く、Oリングによる封止でも良いし、或いは、ウィルソ
ン封止を用いても良いものである。
In the description of the fifth embodiment, the space between the fixed outer cylinder 52 and the rotating inner cylinder 54 is rotary-vacuum sealed using the magnetic fluid 57. The means for performing vacuum sealing is not limited to the magnetic fluid 57, but may be sealing with an O-ring or using Wilson sealing.

【0065】[0065]

【発明の効果】本発明によれば、試料を一つの自由度の
方向に移動させ、鏡筒或いは荷電粒子源を別の自由度の
方向に移動させているので、XYステージを用いること
なく、試料の全面にビームを照射することが可能にな
り、且つ、移動のための空間も小さな空間で済むので、
試料室の小型化が可能になるので、装置製作のコストダ
ウンや装置導入の制約が軽減される。
According to the present invention, the sample is moved in one direction of freedom and the lens barrel or charged particle source is moved in another direction of freedom, so that the XY stage is not used. Since it becomes possible to irradiate the beam on the entire surface of the sample and the space for movement is small,
Since the size of the sample chamber can be reduced, the cost for manufacturing the apparatus can be reduced and restrictions on introducing the apparatus can be reduced.

【0066】また、差動排気部につながる開口を封止す
る機構を設けているので、鏡筒室を高真空に保ったまま
で試料室を大気暴露することができ、それによって、ロ
ードロック室を設けることなく、半導体試料等を試料の
交換が可能になるので、より手軽に利用できる荷電粒子
ビーム装置の実現に寄与するところが大きい。
Further, since a mechanism for sealing the opening connected to the differential pumping section is provided, the sample chamber can be exposed to the atmosphere while the lens barrel chamber is kept at a high vacuum, thereby making the load lock chamber open. Since a semiconductor sample or the like can be exchanged without providing the charged particle beam device, it greatly contributes to the realization of a charged particle beam device that can be more easily used.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の原理的構成の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a basic configuration of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施の形態の荷電粒子ビーム装
置の観察時の状態の説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a state during observation of the charged particle beam device according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施の形態の荷電粒子ビーム装
置の要部を示す分解斜視図である。
FIG. 3 is an exploded perspective view showing a main part of the charged particle beam device according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施の形態の荷電粒子ビーム装
置の試料交換時の状態の説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a state of the charged particle beam device according to the first embodiment of the present invention when a sample is exchanged.

【図5】本発明の第2の実施の形態の荷電粒子ビーム装
置の観察時の状態の説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a state at the time of observation of a charged particle beam device according to a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第2の実施の形態の荷電粒子ビーム装
置の試料交換時の状態の説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram of a state of a charged particle beam device according to a second embodiment of the present invention when a sample is exchanged.

【図7】本発明の第3の実施の形態の荷電粒子ビーム装
置の観察時の状態の説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a state during observation of the charged particle beam device according to the third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第3の実施の形態の荷電粒子ビーム装
置の試料交換時の状態の説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating a state of a charged particle beam device according to a third embodiment of the present invention when a sample is exchanged.

【図9】本発明の第4の実施の形態の荷電粒子ビーム装
置の観察時の状態の説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram of a state at the time of observation of a charged particle beam device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第4の実施の形態の荷電粒子ビーム
装置の試料交換時の状態の説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating a state of a charged particle beam device according to a fourth embodiment of the present invention when a sample is exchanged.

【図11】本発明の第5の実施の形態の荷電粒子ビーム
装置の観察時の状態の説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram of a state at the time of observation of a charged particle beam device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第5の実施の形態の荷電粒子ビーム
装置の試料交換時の状態の説明図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram illustrating a state of a charged particle beam device according to a fifth embodiment of the present invention when a sample is exchanged.

【図13】本発明の第5の実施の形態の荷電粒子ビーム
装置の排気機構の説明図である。
FIG. 13 is an explanatory diagram of an exhaust mechanism of a charged particle beam device according to a fifth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 試料室 2 鏡筒室 3 鏡筒 4 荷電粒子ビーム 5 隔壁 6 フィン 7 試料 8 小孔 9 封止機構 10 差動部 11 外筒 12 隔壁 13 開口 14 試料室 15 鏡筒室 16 フィン 17 鏡筒 18 気抜き穴 19 小孔 20 Oリング 21 小孔封止機構 22 Oリング 23 回転ステージ 24 試料 25 回転軸 26 ベアリング機構 27 電子ビーム 28 差動部 29 差動部 30 フィン 31 鏡筒 32 フィン 33 差動部 34 開口 35 鏡筒 36 フィン 37 回転軸 38 Oリング 40 開口 41 固定外筒 42 回転内筒 43 シール用フィン 44 Oリング 45 Oリング 46 ベアリング機構 47 押さえ部材 48 差動部 51 試料室外壁 52 固定外筒 53 Oリング 54 回転内筒 55 ベアリング機構 56 磁性流体保持部材 57 磁性流体 58 Oリング 59 Oリング 60 ベアリング機構 61 押さえ部材 62 固定外筒 63 回転内筒 64 ベアリング機構 65 押さえ部材 REFERENCE SIGNS LIST 1 sample chamber 2 lens barrel chamber 3 lens barrel 4 charged particle beam 5 partition 6 fin 7 sample 8 small hole 9 sealing mechanism 10 differential section 11 outer cylinder 12 partition 13 opening 14 sample chamber 15 lens barrel 16 fin 17 lens barrel Reference Signs List 18 Vent hole 19 Small hole 20 O-ring 21 Small hole sealing mechanism 22 O-ring 23 Rotary stage 24 Sample 25 Rotation axis 26 Bearing mechanism 27 Electron beam 28 Differential part 29 Differential part 30 Fin 31 Lens barrel 32 Fin 33 Difference Moving part 34 Opening 35 Lens barrel 36 Fin 37 Rotating shaft 38 O-ring 40 Opening 41 Fixed outer cylinder 42 Rotating inner cylinder 43 Sealing fin 44 O-ring 45 O-ring 46 Bearing mechanism 47 Pressing member 48 Differential part 51 Sample chamber outer wall 52 Fixed outer cylinder 53 O-ring 54 Rotating inner cylinder 55 Bearing mechanism 56 Magnetic fluid holding member 57 Magnetic fluid 8 O-ring 59 O-ring 60 bearing mechanism 61 pressing member 62 fixed outer cylinder 63 rotates in the cylinder 64 a bearing mechanism 65 pressing member

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 試料室と、鏡筒室または荷電粒子源室と
を差動排気しながら試料の任意の位置に荷電粒子ビーム
を照射する荷電粒子ビーム装置において、前記荷電粒子
源と鏡筒とを一体として、第1の自由度の方向に移動さ
せると共に、前記試料を第1の自由度とは異なった自由
度の方向に移動させることを特徴とする荷電粒子ビーム
装置。
1. A charged particle beam apparatus for irradiating a charged particle beam to an arbitrary position of a sample while differentially evacuating a sample chamber and a lens barrel chamber or a charged particle source chamber, wherein the charged particle source, the lens barrel, A charged particle beam apparatus, wherein the sample is moved in a direction of a first degree of freedom and the sample is moved in a direction of a degree of freedom different from the first degree of freedom.
【請求項2】 上記排気の差動部につながる開口部を少
なくとも封止する差動部封止機構を備え、上記試料をロ
ードロック室を設けることなく交換可能にしたことを特
徴とする請求項1記載の荷電粒子ビーム装置。
2. The apparatus according to claim 1, further comprising a differential portion sealing mechanism for sealing at least an opening connected to the differential portion of the exhaust gas, wherein the sample can be exchanged without providing a load lock chamber. 2. The charged particle beam device according to 1.
【請求項3】 上記試料の移動が、上記荷電粒子ビーム
の照射面の法線を回転軸とする回転運動であることを特
徴とする請求項1または2に記載の荷電粒子ビーム装
置。
3. The charged particle beam apparatus according to claim 1, wherein the movement of the sample is a rotational movement about a normal line of an irradiation surface of the charged particle beam as a rotation axis.
【請求項4】 上記鏡筒及び鏡筒と一体化された部材の
移動が、直線運動であり、且つ、上記差動部につながる
開口部を構成し且つ荷電粒子ビームが通る小孔が上記試
料の回転軸を通ることを特徴とする請求項3記載の荷電
粒子ビーム装置。
4. The method according to claim 1, wherein the movement of the lens barrel and a member integrated with the lens barrel is linear movement, and the small hole that forms an opening connected to the differential part and through which a charged particle beam passes is formed by the sample. 4. The charged particle beam device according to claim 3, wherein the charged particle beam device passes through a rotation axis of the charged particle beam.
【請求項5】 上記鏡筒及び鏡筒と一体化された部材の
移動が、上記荷電粒子ビームの照射面の法線を回転軸と
する第2の回転運動であり、且つ、上記差動部につなが
る開口部を構成し且つ荷電粒子ビームが通る小孔が上記
試料の回転軸を通ることを特徴とする請求項3記載の荷
電粒子ビーム装置。
5. The movement of the lens barrel and a member integrated with the lens barrel is a second rotational movement about a normal to an irradiation surface of the charged particle beam as a rotation axis, and the differential section 4. The charged particle beam apparatus according to claim 3, wherein a small hole which forms an opening leading to the sample and through which the charged particle beam passes passes through the rotation axis of the sample.
JP14755999A 1999-05-27 1999-05-27 Charged particle beam device Withdrawn JP2000340153A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP14755999A JP2000340153A (en) 1999-05-27 1999-05-27 Charged particle beam device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP14755999A JP2000340153A (en) 1999-05-27 1999-05-27 Charged particle beam device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000340153A true JP2000340153A (en) 2000-12-08

Family

ID=15433089

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP14755999A Withdrawn JP2000340153A (en) 1999-05-27 1999-05-27 Charged particle beam device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000340153A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL1026547C2 (en) * 2004-07-01 2006-01-03 Fei Co Device for evacuating a sample.
JP2007207673A (en) * 2006-02-03 2007-08-16 Tokyo Seimitsu Co Ltd Electron microscope
JP2007207683A (en) * 2006-02-03 2007-08-16 Tokyo Seimitsu Co Ltd Electron microscope

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL1026547C2 (en) * 2004-07-01 2006-01-03 Fei Co Device for evacuating a sample.
US7456413B2 (en) 2004-07-01 2008-11-25 Fei Company Apparatus for evacuating a sample
JP2007207673A (en) * 2006-02-03 2007-08-16 Tokyo Seimitsu Co Ltd Electron microscope
JP2007207683A (en) * 2006-02-03 2007-08-16 Tokyo Seimitsu Co Ltd Electron microscope

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5634030B2 (en) Environmental cell for particle optics
KR101589426B1 (en) Charged particle beam device, method for adjusting charged particle beam device, and method for observing sample or inspecting sample
JP2003007237A (en) X-ray generator
JP2008262886A (en) Scanning electron microscope device
JP2000340153A (en) Charged particle beam device
JP6807393B2 (en) Charged particle beam device
JPH0817709A (en) Charged-particle beam apparatus
JP4063201B2 (en) Electron beam irradiation device
US10614995B2 (en) Atom probe with vacuum differential
JP5875500B2 (en) Electron beam microscope
US10340117B2 (en) Ion beam device and sample observation method
JP2000090862A (en) X-ray tube
JP2867389B2 (en) Ion beam device and method of using the same
JPS5812700B2 (en) electron beam equipment
JP2016143528A (en) Sample transfer mechanism and vacuum device
JP5976147B2 (en) Charged particle beam device, method for adjusting charged particle beam device, and sample inspection or sample observation method.
JP2002358920A (en) Charged particle beam device
JP2014072110A (en) Charged particle beam device
JP4016418B2 (en) Positioning device
JPH04215240A (en) Charged particle beam device
JPH11329319A (en) Electron beam device
JP2004214480A (en) Aligner
WO2023188410A1 (en) Analyzing device
JPH0546202Y2 (en)
JPH0355238Y2 (en)

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20060801