JP2004087342A - 荷電粒子線を用いた観察装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】冷却観察モードから常温観察モードへ、またはその逆へ、あるいは、試料に電圧又は電流を供給するモードから通常のモードへ又はその逆へ短時間で移行可能な荷電粒子線を用いた観察装置を提供する。
【解決手段】本発明の荷電粒子線を用いた観察装置は、真空に維持される試料室と、試料室内に収容される試料ステージと、試料ステージ上に試料室外から試料ホルダを移送するために試料室側壁に設けられる仕切弁を備えた試料交換機構と、試料室の側壁に設けられた開口部に気密に取り付けられたフランジと、このフランジに取り付けられた冷媒タンクと、前記試料ステージ上に保持される試料ホルダ冷却台と、この試料ホルダ冷却台を冷却するためホルダ冷却台と冷媒タンク間を熱的に接続する熱伝導部材と、前記試料ホルダ冷却台を試料ステージ上と試料ステージ上から退避した位置へ移動させるための前記フランジに設けられた移送手段とを備える。
【選択図】 図1
【解決手段】本発明の荷電粒子線を用いた観察装置は、真空に維持される試料室と、試料室内に収容される試料ステージと、試料ステージ上に試料室外から試料ホルダを移送するために試料室側壁に設けられる仕切弁を備えた試料交換機構と、試料室の側壁に設けられた開口部に気密に取り付けられたフランジと、このフランジに取り付けられた冷媒タンクと、前記試料ステージ上に保持される試料ホルダ冷却台と、この試料ホルダ冷却台を冷却するためホルダ冷却台と冷媒タンク間を熱的に接続する熱伝導部材と、前記試料ホルダ冷却台を試料ステージ上と試料ステージ上から退避した位置へ移動させるための前記フランジに設けられた移送手段とを備える。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走査電子顕微鏡や集束イオンビーム顕微鏡などの荷電粒子線を用いた観察装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
走査電子顕微鏡では、試料を種々な条件下において観察することが多々ある。例えば、熱に弱い試料では、電子ビームの照射エネルギーで試料の照射部が局所的に加熱され、その熱により試料の構造に変化が生じることがある。このような試料では、試料を予め冷却しておくことにより電子ビームの照射エネルギーによる試料の加熱を抑えて、試料の構造の変化がない状態で観察できる。図3は従来の走査電子顕微鏡に冷却ステージを組み込んだ一実施例を示す断面図である。図3において、1は走査電子顕微鏡の試料室であり、その内部は図示していない真空排気系によって排気される。試料室1の側壁には試料導入開口1aが設けられており、この部分には仕切弁3を介して試料交換室2が取り付けられている。この試料交換室2には、図示していないがリーク機構を備えた真空排気系が接続されており、試料導入、試料交換にあたり試料交換室2内を真空及び大気圧に設定することができる。4は試料交換室2の前面に設けられた開閉扉であり、この開閉扉4には試料交換棒5が挿入されている。この試料交換棒5は、Oリングによって気密を保った状態で試料室内まで直線的に移動できるように構成されている。試料交換棒5の先端には雄ねじ5aが切られており、この雄ねじ5a部分を試料ホルダ6の雌ねじ6aに挿入し、試料ホルダ6を先端に保持することができるようになっている。
【0003】
試料室1内には試料ステージ8が設けられ、このステージ8は詳細に図示していないが、水平移動や回転、傾斜等ができるように構成されている。ステージ8上には冷却用のホルダ固定台9が取り付けられている。このホルダ固定台9の頂部には、試料ステージ8との熱絶縁のための熱絶縁体9bを挟んで試料ホルダ6を装着するためのアリ溝を有する固定部9aが設けられている。試料室1の試料交換室2と反対側の側壁には開口1bが設けられており、この開口1bには液体窒素タンク11が取り付けられたフランジ10が取り付けられている。ホルダ固定台9の固定部9aと液体窒素タンク11の間はフレキシブルな熱伝導体12により接続されており、固定部9aは、液体窒素タンク11より熱伝導体12を介して冷却される。このような構成の動作を次に説明する。
【0004】
試料ホルダ6を試料室1に搬送するためには、まず、試料室1と試料交換室2との間の仕切弁3を閉じ試料交換室2を大気圧にした後、開閉扉4を開く。試料7を搭載した試料ホルダ6をネジ5aにて試料交換棒5の先端に取付た後、開閉扉4を閉じ、試料ホルダ6が試料交換室2内に配置された状態で試料交換室2内を真空排気する。所定の真空度に到達後、仕切弁3を開き、試料交換棒5を試料室1内へ前進させ、試料ホルダ6を試料室1内のホルダ固定台9の固定部9aのアリ溝に嵌合保持させる。このようにして試料ホルダ6を固定台に固定後、試料交換棒5を回転させ、試料ホルダ6に嵌合しているネジ5aを外した後、試料交換棒5を試料交換室2内に後退させ、仕切弁3を閉じる。ホルダ固定台9は液体窒素が入れられた液体窒素タンク11により冷却され低温に保持されており、試料ホルダ6に搭載された試料7も低温に冷やされる。仕切弁3を閉じて試料室1の真空排気を更に行い、真空度を上げた後、電子ビームにより所定の領域を照射走査し、試料から発生した2次電子を検出して試料の像観察を行う。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記に述べたように試料を冷却した状態で観察を行うことができるが、その後常温で試料を観察する通常のモードに移行するためには、試料室1を一旦大気にしてフランジ10を液体窒素タンク11と共に取り外し、ホルダ固定台9を試料室1より取り外し、開口1bの所に封止フランジを取り付けるという一連の作業が必要である。そのための準備や作業に時間がかかるばかりでなく、一旦試料室1の真空を大気に破るため、再度真空排気するまでの時間を要し、短時間で常温試料を観察することができなかった。また、通常のモードから冷却観察モードに移行する際にも、同様に時間がかかることは避けられなかった。
【0006】
また、試料に電圧又は電流を供給した状態で観察することも行われているが、その場合も、試料に電圧又は電流を供給するための付属装置を取り付けたり、取り外したりしなければならず、同様に時間がかかることは避けられなかった。
【0007】
本発明は、このような従来の欠点を解決し、冷却観察モードから常温観察モードへ、またはその逆へ、あるいは、試料に電圧又は電流を供給するモードから通常のモードへ又はその逆へ短時間で移行可能な荷電粒子線を用いた観察装置を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、第1の本発明の荷電粒子線を用いた観察装置は、真空に維持される試料室と、試料室内に収容される試料ステージと、試料ステージ上に試料室外から試料ホルダを移送するために試料室側壁に設けられる仕切弁を備えた試料交換機構と、試料室の側壁に設けられた開口部に気密に取り付けられたフランジと、このフランジに取り付けられた冷媒タンクと、前記試料ステージ上に保持される試料ホルダ冷却台と、この試料ホルダ冷却台を冷却するためホルダ冷却台と冷媒タンク間を熱的に接続する熱伝導部材と、前記試料ホルダ冷却台を試料ステージ上と試料ステージ上から退避した位置へ移動させるための前記フランジに設けられた移送手段とを備えたことを特徴とする。
【0009】
また、第2の本発明の荷電粒子線を用いた観察装置は、真空に維持される試料室と、試料室内に収容される試料ステージと、試料ステージ上に試料室外から試料ホルダを移送するために試料室側壁に設けられる仕切弁を備えた試料交換機構と、試料ホルダとの電気的接続及び切り離しを行うために前記試料ステージ上に保持されるコネクタ部材と、試料室の側壁に設けられた開口部に気密に取り付けられたフランジと、前記コネクタ部材から伸びる配線を試料室外部に取り出すためにフランジに設けられた接続端子と、前記コネクタ部材を試料ステージ上と試料ステージ上から退避した位置へ移動させるための前記フランジに設けられた移送手段とを備えたことを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図1は第1の本発明の一実施例を示す断面図である。図2は、図1の本発明において通常の常温試料を観察する状態を示す断面図である。なお、図1および図2において、図3の従来と同一ないし類似の構成要素には同一番号を附し、その詳細な説明は省略する。
【0011】
図1において、13は冷却用のホルダ固定台で、その底面には試料ステージ8へ着脱するためのアリ溝13bが設けられている。ホルダ固定台13の頂部には、間に試料ステージ8との熱絶縁のための熱絶縁体13cを挟んで試料ホルダ6を装着するためのアリ溝を有する固定部13aが設けられている。ホルダ固定台13の固定部13aは液体窒素タンク10より熱伝導体12を介して冷却されている。14は着脱棒で、ホルダ固定台13に切られている雌ねじ部分に着脱棒14の先端の雄ねじ14aを差し込み、着脱棒14の回転させることによりホルダ固定台13と着脱棒14とを一体化できる機構を備えている。この着脱棒14は液体窒素タンク11が設けられているフランジ10を貫通して設けられ、Oリングによって気密を保ちつつ、前後に移動できるように構成されている。
【0012】
図2において、15は通常の常温で用いる試料ホルダで、この試料ホルダ15には例えば、ICウエハーなどの試料16が保持されている。
【0013】
つぎに、図1を用いて冷却観察モードにおける動作を説明する。まず始めに、図1において点線で示すように、ホルダ固定台13に着脱棒14の雄ねじ14aを固定した状態で、脱着棒14を試料室1に挿入し、ホルダ固定台13と試料ステージ8をアリ溝13bの嵌合させて固定する。ついで、着脱棒14を回転させて先端の雄ねじ14aをホルダ固定台8より外した後、着脱棒を実線の位置まで後退させる。
【0014】
次に、試料ホルダ6を試料室1に搬送する、この動作は従来装置で説明したのと同様である。まず、試料室1と試料交換室2との間の仕切弁3を閉じ試料交換室2を大気圧にした後、開閉扉4を開く。試料7を搭載した試料ホルダ6をネジ5aにて試料交換棒5の先端に取付た後、開閉扉4を閉じ、試料ホルダ6が試料交換室2内に配置された状態で試料交換室2内を真空排気する。所定の真空度に到達後、仕切弁3を開き、試料交換棒5を試料室1内へ前進させ、試料ホルダ6を試料室1内のホルダ固定台9の固定部9aのアリ溝に嵌合保持させる。このようにして試料ホルダ6を固定台に固定後、試料交換棒5を回転させ、試料ホルダ6に嵌合しているネジ5aを外した後、試料交換棒5を試料交換室2内に後退させ、仕切弁3を閉じる。ホルダ固定台9は液体窒素が入れられた液体窒素タンク11により冷却され低温に保持されており、試料ホルダ6に搭載された試料7も低温に冷やされる。仕切弁3を閉じて試料室1の真空排気を更に行い、真空度を上げた後、電子ビームにより所定の領域を照射走査し、試料から発生した2次電子を検出して試料の像観察を行う。
【0015】
試料7の像観察の終了した後は、試料交換室2を再び真空に排気して試料を交換する。すなわち、試料交換室2が所定の真空度に到達後、仕切弁3を開き、試料交換棒5を試料室1内に挿入して試料交換棒5と試料ホルダ6とを一体化する。その後試料交換棒5を後退させ、試料ホルダ6を試料交換室2内まで搬送して仕切弁3を閉じ、図1に示すような状態にして試料交換室2内を大気圧にする。そして、開閉扉を開いて観察済みの試料を取り出す。新しい試料での冷却観察は、上記で述べた一連の動作を繰り返して行う。
【0016】
次に、冷却観察が終了した後、常温での観察に移行する場合について、図2を用いて説明する。冷却観察の終了した試料室1は、図1に示すように試料ステージ8上に冷却用のホルダ固定台13が取り付けられた状態となっている。まず始めに、着脱棒14を前進させて雄ねじ14aによってホルダ固定台13と着脱棒14を一体化する。そして、着脱棒14を後退させ、ホルダ固定台13を試料ステージ8上より、図2に示すように開口1bまで移動させる。このため、試料ステージ8の中央部からホルダ固定台13が退避するので、試料交換室2からの通常(常温)の試料ホルダ15の受入準備が整う。
【0017】
次に、試料交換室2を大気にした後、開閉蓋4を開く。常温観察する試料16を搭載した試料ホルダ15は、予め装置外で試料交換棒5の雄ねじ5aで固定取付た後、試料交換室2内に配置して交換室内を真空排気する。試料ホルダ15の底面には、試料ステージ8と嵌合するためのアリ溝15aが設けられている。試料交換室2が所定の真空度に到達後、仕切弁3を開き、試料ホルダ15を試料交換棒5によって図2に示すようにアリ溝15aに嵌合させて保持する。その後、試料交換棒5を回転させて試料ホルダ15から外した後、試料交換室2内に後退させて仕切弁3を閉じる。仕切弁3を閉じて試料室1の真空排気を更に行い、真空度を上げた後、電子ビームにより所定の領域を照射走査し、試料から発生した2次電子を検出して試料の像観察を行う。また、新しい試料での観察は、上記に述べた冷却時と同様に、試料交換を行うことにより可能である。
【0018】
なお、常温での試料の像観察の終了した後、再度冷却観察する場合、図1に示すように、着脱棒14を用いて試料ステージ8上に冷却用のホルダ固定台13を取り付けるだけの簡単な操作により冷却試料の観察に移行することが可能である。
【0019】
上述した説明から明らかなように冷却状態での観察から常温状態での観察に移行する際、従来のように試料室を大気に破ることなく、短時間に冷却での試料観察から常温での試料観察、その逆の常温での試料観察から冷却での試料の観察に移行できる。
【0020】
図4は、例えば、半導体の集積回路(IC)の試料のように電圧(電流)を試料に印加して、その時の電位コントラストの変化を観察することにより集積回路の評価を行う場合の実施例である。なお、図4において、図1〜図3での同一ないし類似の構成要素には同一番号を附し、その詳細な説明は省略する。17はIC試料ホルダ21に電圧を供給するコネクタ部材で、コネクタ部材17は、フランジ10を 貫通する脱着棒14によって試料ステージ8の所定位置と試料室1の開口1b間を移送される。18はハーメチックでフランジ10に気密に設けられており、ハーメチック18とコネクタ部材17間はケーブル19によって接続され、電圧はハーメチック18の端子を通して電源20より供給される。このような構成の動作を次に説明する。
【0021】
IC試料ホルダ21にはIC試料22が装着されている。IC試料ホルダ21を試料交換室2より試料ステージ8に搬送する動作は、前述の第1の実施例で説明した操作と同様であるので省略する。IC試料22には、コネクタ部材17よりコネクタプラグ23と接続ケーブル24、さらに例えば、ナノマニプレータ機能を備えたコンタクト針25を通して電圧が供給される。IC試料22には、電源20より電圧供給条件を変えながら、電子ビームを試料22の所定の領域を照射し、試料から発生した2次電子によってIC試料22の電位コントラスト像の観察を行う。
【0022】
IC試料22の像観察の終了した後は、試料交換室2を真空排気する。所定の真空度に到達後、仕切弁3を開き、試料交換棒5を試料室1内に挿入して、試料交換棒5とIC試料ホルダ21とを嵌め合いねじによって一体化する。試料交換棒5とIC試料ホルダ21とを一体化後、試料交換棒5を後退させ、IC試料ホルダ21を試料交換室2内まで搬送して仕切弁3を閉じる。新しいIC試料についての観察は、上記で述べた一連の動作を繰り返して行う。
【0023】
次に、IC試料22の観察の終了した後、通常の試料観察に移行する場合について次に動作説明する。まず始めに、着脱棒14を試料室1に挿入して雄ねじ14aによってコネクタ部材17と着脱棒14を一体化する。そして、着脱棒14を後退させることにより、コネクタ部材17は試料ステージ8上より、図4の点線で示される開口1bの位置まで移動する。よって、試料ステージ8は、試料交換室2からの通常(常温)の試料ホルダの受入準備が整う。
【0024】
次に、上述した図2の例と同様な操作によって、試料交換室2を介して試料ステージ8に通常の試料ホルダ15を配置する。試料室1の真空排気を上げた後、電子ビームにより所定の領域を照射し、試料から発生した2次電子によって試料の像観察を行う。また、像観察した後、次の新しい試料での観察は、上記に述べた冷却試料の時と同様に、試料交換室2を介した交換操作を繰り返すことにより行うことができる。
【0025】
なお、通常の試料ホルダを使用した試料の像観察が終了した後、再度、IC試料22で電圧を印加して電位コントラスト像観察を行う場合、図4に示すように、着脱棒14を用いて試料ステージ8上にコネクタ部材17を取り付けるだけの簡単な操作により、試料室の真空を破ることなくIC試料の観察に移行することが可能である。
【0026】
以上本発明の一実施例について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものでない。例えば、ホルダ固定台の冷却を液体窒素タンクからの熱伝導による方法で行ったが、ホルダ固定台に直接冷媒を循環させる循環式冷却器でもよい。また、走査電子顕微鏡を例に説明したが、真空排気される試料室を備えた荷電粒子線を用いる観察装置に本発明を適用することができる。
【0027】
【発明の効果】
上述した説明から明らかなように、本発明によれば、冷却観察モードから常温観察モードへ、またはその逆へ、さらに、試料に電圧又は電流を供給するモードから通常のモードへ、またはその逆へと短時間で移行可能な荷電粒子線を用いた観察装置が提供される。
【0028】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す断面図である。
【図2】図1の実施例において、常温観察モードに移行した場合を示す断面図である。
【図3】従来例を示す断面図である。
【図4】本発明の他の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
1…試料室、2…試料交換室、3…仕切弁、4…開閉扉、5…試料交換棒、6…試料ホルダ、7…試料、8…試料ステージ、9…ホルダ固定台、10…フランジ、11…液体窒素タンク、12…熱伝導体、13…ホルダ固定台、14…着脱棒、15…試料ホルダ、16…試料、17…コネクタ部材、18…ハーメチック、19…ケーブル、20…電源、21…IC試料ホルダ、22…IC試料、
23…コネクタプラグ、24…接続ケーブル、25…コンタクト
【発明の属する技術分野】
本発明は、走査電子顕微鏡や集束イオンビーム顕微鏡などの荷電粒子線を用いた観察装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
走査電子顕微鏡では、試料を種々な条件下において観察することが多々ある。例えば、熱に弱い試料では、電子ビームの照射エネルギーで試料の照射部が局所的に加熱され、その熱により試料の構造に変化が生じることがある。このような試料では、試料を予め冷却しておくことにより電子ビームの照射エネルギーによる試料の加熱を抑えて、試料の構造の変化がない状態で観察できる。図3は従来の走査電子顕微鏡に冷却ステージを組み込んだ一実施例を示す断面図である。図3において、1は走査電子顕微鏡の試料室であり、その内部は図示していない真空排気系によって排気される。試料室1の側壁には試料導入開口1aが設けられており、この部分には仕切弁3を介して試料交換室2が取り付けられている。この試料交換室2には、図示していないがリーク機構を備えた真空排気系が接続されており、試料導入、試料交換にあたり試料交換室2内を真空及び大気圧に設定することができる。4は試料交換室2の前面に設けられた開閉扉であり、この開閉扉4には試料交換棒5が挿入されている。この試料交換棒5は、Oリングによって気密を保った状態で試料室内まで直線的に移動できるように構成されている。試料交換棒5の先端には雄ねじ5aが切られており、この雄ねじ5a部分を試料ホルダ6の雌ねじ6aに挿入し、試料ホルダ6を先端に保持することができるようになっている。
【0003】
試料室1内には試料ステージ8が設けられ、このステージ8は詳細に図示していないが、水平移動や回転、傾斜等ができるように構成されている。ステージ8上には冷却用のホルダ固定台9が取り付けられている。このホルダ固定台9の頂部には、試料ステージ8との熱絶縁のための熱絶縁体9bを挟んで試料ホルダ6を装着するためのアリ溝を有する固定部9aが設けられている。試料室1の試料交換室2と反対側の側壁には開口1bが設けられており、この開口1bには液体窒素タンク11が取り付けられたフランジ10が取り付けられている。ホルダ固定台9の固定部9aと液体窒素タンク11の間はフレキシブルな熱伝導体12により接続されており、固定部9aは、液体窒素タンク11より熱伝導体12を介して冷却される。このような構成の動作を次に説明する。
【0004】
試料ホルダ6を試料室1に搬送するためには、まず、試料室1と試料交換室2との間の仕切弁3を閉じ試料交換室2を大気圧にした後、開閉扉4を開く。試料7を搭載した試料ホルダ6をネジ5aにて試料交換棒5の先端に取付た後、開閉扉4を閉じ、試料ホルダ6が試料交換室2内に配置された状態で試料交換室2内を真空排気する。所定の真空度に到達後、仕切弁3を開き、試料交換棒5を試料室1内へ前進させ、試料ホルダ6を試料室1内のホルダ固定台9の固定部9aのアリ溝に嵌合保持させる。このようにして試料ホルダ6を固定台に固定後、試料交換棒5を回転させ、試料ホルダ6に嵌合しているネジ5aを外した後、試料交換棒5を試料交換室2内に後退させ、仕切弁3を閉じる。ホルダ固定台9は液体窒素が入れられた液体窒素タンク11により冷却され低温に保持されており、試料ホルダ6に搭載された試料7も低温に冷やされる。仕切弁3を閉じて試料室1の真空排気を更に行い、真空度を上げた後、電子ビームにより所定の領域を照射走査し、試料から発生した2次電子を検出して試料の像観察を行う。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記に述べたように試料を冷却した状態で観察を行うことができるが、その後常温で試料を観察する通常のモードに移行するためには、試料室1を一旦大気にしてフランジ10を液体窒素タンク11と共に取り外し、ホルダ固定台9を試料室1より取り外し、開口1bの所に封止フランジを取り付けるという一連の作業が必要である。そのための準備や作業に時間がかかるばかりでなく、一旦試料室1の真空を大気に破るため、再度真空排気するまでの時間を要し、短時間で常温試料を観察することができなかった。また、通常のモードから冷却観察モードに移行する際にも、同様に時間がかかることは避けられなかった。
【0006】
また、試料に電圧又は電流を供給した状態で観察することも行われているが、その場合も、試料に電圧又は電流を供給するための付属装置を取り付けたり、取り外したりしなければならず、同様に時間がかかることは避けられなかった。
【0007】
本発明は、このような従来の欠点を解決し、冷却観察モードから常温観察モードへ、またはその逆へ、あるいは、試料に電圧又は電流を供給するモードから通常のモードへ又はその逆へ短時間で移行可能な荷電粒子線を用いた観察装置を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、第1の本発明の荷電粒子線を用いた観察装置は、真空に維持される試料室と、試料室内に収容される試料ステージと、試料ステージ上に試料室外から試料ホルダを移送するために試料室側壁に設けられる仕切弁を備えた試料交換機構と、試料室の側壁に設けられた開口部に気密に取り付けられたフランジと、このフランジに取り付けられた冷媒タンクと、前記試料ステージ上に保持される試料ホルダ冷却台と、この試料ホルダ冷却台を冷却するためホルダ冷却台と冷媒タンク間を熱的に接続する熱伝導部材と、前記試料ホルダ冷却台を試料ステージ上と試料ステージ上から退避した位置へ移動させるための前記フランジに設けられた移送手段とを備えたことを特徴とする。
【0009】
また、第2の本発明の荷電粒子線を用いた観察装置は、真空に維持される試料室と、試料室内に収容される試料ステージと、試料ステージ上に試料室外から試料ホルダを移送するために試料室側壁に設けられる仕切弁を備えた試料交換機構と、試料ホルダとの電気的接続及び切り離しを行うために前記試料ステージ上に保持されるコネクタ部材と、試料室の側壁に設けられた開口部に気密に取り付けられたフランジと、前記コネクタ部材から伸びる配線を試料室外部に取り出すためにフランジに設けられた接続端子と、前記コネクタ部材を試料ステージ上と試料ステージ上から退避した位置へ移動させるための前記フランジに設けられた移送手段とを備えたことを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図1は第1の本発明の一実施例を示す断面図である。図2は、図1の本発明において通常の常温試料を観察する状態を示す断面図である。なお、図1および図2において、図3の従来と同一ないし類似の構成要素には同一番号を附し、その詳細な説明は省略する。
【0011】
図1において、13は冷却用のホルダ固定台で、その底面には試料ステージ8へ着脱するためのアリ溝13bが設けられている。ホルダ固定台13の頂部には、間に試料ステージ8との熱絶縁のための熱絶縁体13cを挟んで試料ホルダ6を装着するためのアリ溝を有する固定部13aが設けられている。ホルダ固定台13の固定部13aは液体窒素タンク10より熱伝導体12を介して冷却されている。14は着脱棒で、ホルダ固定台13に切られている雌ねじ部分に着脱棒14の先端の雄ねじ14aを差し込み、着脱棒14の回転させることによりホルダ固定台13と着脱棒14とを一体化できる機構を備えている。この着脱棒14は液体窒素タンク11が設けられているフランジ10を貫通して設けられ、Oリングによって気密を保ちつつ、前後に移動できるように構成されている。
【0012】
図2において、15は通常の常温で用いる試料ホルダで、この試料ホルダ15には例えば、ICウエハーなどの試料16が保持されている。
【0013】
つぎに、図1を用いて冷却観察モードにおける動作を説明する。まず始めに、図1において点線で示すように、ホルダ固定台13に着脱棒14の雄ねじ14aを固定した状態で、脱着棒14を試料室1に挿入し、ホルダ固定台13と試料ステージ8をアリ溝13bの嵌合させて固定する。ついで、着脱棒14を回転させて先端の雄ねじ14aをホルダ固定台8より外した後、着脱棒を実線の位置まで後退させる。
【0014】
次に、試料ホルダ6を試料室1に搬送する、この動作は従来装置で説明したのと同様である。まず、試料室1と試料交換室2との間の仕切弁3を閉じ試料交換室2を大気圧にした後、開閉扉4を開く。試料7を搭載した試料ホルダ6をネジ5aにて試料交換棒5の先端に取付た後、開閉扉4を閉じ、試料ホルダ6が試料交換室2内に配置された状態で試料交換室2内を真空排気する。所定の真空度に到達後、仕切弁3を開き、試料交換棒5を試料室1内へ前進させ、試料ホルダ6を試料室1内のホルダ固定台9の固定部9aのアリ溝に嵌合保持させる。このようにして試料ホルダ6を固定台に固定後、試料交換棒5を回転させ、試料ホルダ6に嵌合しているネジ5aを外した後、試料交換棒5を試料交換室2内に後退させ、仕切弁3を閉じる。ホルダ固定台9は液体窒素が入れられた液体窒素タンク11により冷却され低温に保持されており、試料ホルダ6に搭載された試料7も低温に冷やされる。仕切弁3を閉じて試料室1の真空排気を更に行い、真空度を上げた後、電子ビームにより所定の領域を照射走査し、試料から発生した2次電子を検出して試料の像観察を行う。
【0015】
試料7の像観察の終了した後は、試料交換室2を再び真空に排気して試料を交換する。すなわち、試料交換室2が所定の真空度に到達後、仕切弁3を開き、試料交換棒5を試料室1内に挿入して試料交換棒5と試料ホルダ6とを一体化する。その後試料交換棒5を後退させ、試料ホルダ6を試料交換室2内まで搬送して仕切弁3を閉じ、図1に示すような状態にして試料交換室2内を大気圧にする。そして、開閉扉を開いて観察済みの試料を取り出す。新しい試料での冷却観察は、上記で述べた一連の動作を繰り返して行う。
【0016】
次に、冷却観察が終了した後、常温での観察に移行する場合について、図2を用いて説明する。冷却観察の終了した試料室1は、図1に示すように試料ステージ8上に冷却用のホルダ固定台13が取り付けられた状態となっている。まず始めに、着脱棒14を前進させて雄ねじ14aによってホルダ固定台13と着脱棒14を一体化する。そして、着脱棒14を後退させ、ホルダ固定台13を試料ステージ8上より、図2に示すように開口1bまで移動させる。このため、試料ステージ8の中央部からホルダ固定台13が退避するので、試料交換室2からの通常(常温)の試料ホルダ15の受入準備が整う。
【0017】
次に、試料交換室2を大気にした後、開閉蓋4を開く。常温観察する試料16を搭載した試料ホルダ15は、予め装置外で試料交換棒5の雄ねじ5aで固定取付た後、試料交換室2内に配置して交換室内を真空排気する。試料ホルダ15の底面には、試料ステージ8と嵌合するためのアリ溝15aが設けられている。試料交換室2が所定の真空度に到達後、仕切弁3を開き、試料ホルダ15を試料交換棒5によって図2に示すようにアリ溝15aに嵌合させて保持する。その後、試料交換棒5を回転させて試料ホルダ15から外した後、試料交換室2内に後退させて仕切弁3を閉じる。仕切弁3を閉じて試料室1の真空排気を更に行い、真空度を上げた後、電子ビームにより所定の領域を照射走査し、試料から発生した2次電子を検出して試料の像観察を行う。また、新しい試料での観察は、上記に述べた冷却時と同様に、試料交換を行うことにより可能である。
【0018】
なお、常温での試料の像観察の終了した後、再度冷却観察する場合、図1に示すように、着脱棒14を用いて試料ステージ8上に冷却用のホルダ固定台13を取り付けるだけの簡単な操作により冷却試料の観察に移行することが可能である。
【0019】
上述した説明から明らかなように冷却状態での観察から常温状態での観察に移行する際、従来のように試料室を大気に破ることなく、短時間に冷却での試料観察から常温での試料観察、その逆の常温での試料観察から冷却での試料の観察に移行できる。
【0020】
図4は、例えば、半導体の集積回路(IC)の試料のように電圧(電流)を試料に印加して、その時の電位コントラストの変化を観察することにより集積回路の評価を行う場合の実施例である。なお、図4において、図1〜図3での同一ないし類似の構成要素には同一番号を附し、その詳細な説明は省略する。17はIC試料ホルダ21に電圧を供給するコネクタ部材で、コネクタ部材17は、フランジ10を 貫通する脱着棒14によって試料ステージ8の所定位置と試料室1の開口1b間を移送される。18はハーメチックでフランジ10に気密に設けられており、ハーメチック18とコネクタ部材17間はケーブル19によって接続され、電圧はハーメチック18の端子を通して電源20より供給される。このような構成の動作を次に説明する。
【0021】
IC試料ホルダ21にはIC試料22が装着されている。IC試料ホルダ21を試料交換室2より試料ステージ8に搬送する動作は、前述の第1の実施例で説明した操作と同様であるので省略する。IC試料22には、コネクタ部材17よりコネクタプラグ23と接続ケーブル24、さらに例えば、ナノマニプレータ機能を備えたコンタクト針25を通して電圧が供給される。IC試料22には、電源20より電圧供給条件を変えながら、電子ビームを試料22の所定の領域を照射し、試料から発生した2次電子によってIC試料22の電位コントラスト像の観察を行う。
【0022】
IC試料22の像観察の終了した後は、試料交換室2を真空排気する。所定の真空度に到達後、仕切弁3を開き、試料交換棒5を試料室1内に挿入して、試料交換棒5とIC試料ホルダ21とを嵌め合いねじによって一体化する。試料交換棒5とIC試料ホルダ21とを一体化後、試料交換棒5を後退させ、IC試料ホルダ21を試料交換室2内まで搬送して仕切弁3を閉じる。新しいIC試料についての観察は、上記で述べた一連の動作を繰り返して行う。
【0023】
次に、IC試料22の観察の終了した後、通常の試料観察に移行する場合について次に動作説明する。まず始めに、着脱棒14を試料室1に挿入して雄ねじ14aによってコネクタ部材17と着脱棒14を一体化する。そして、着脱棒14を後退させることにより、コネクタ部材17は試料ステージ8上より、図4の点線で示される開口1bの位置まで移動する。よって、試料ステージ8は、試料交換室2からの通常(常温)の試料ホルダの受入準備が整う。
【0024】
次に、上述した図2の例と同様な操作によって、試料交換室2を介して試料ステージ8に通常の試料ホルダ15を配置する。試料室1の真空排気を上げた後、電子ビームにより所定の領域を照射し、試料から発生した2次電子によって試料の像観察を行う。また、像観察した後、次の新しい試料での観察は、上記に述べた冷却試料の時と同様に、試料交換室2を介した交換操作を繰り返すことにより行うことができる。
【0025】
なお、通常の試料ホルダを使用した試料の像観察が終了した後、再度、IC試料22で電圧を印加して電位コントラスト像観察を行う場合、図4に示すように、着脱棒14を用いて試料ステージ8上にコネクタ部材17を取り付けるだけの簡単な操作により、試料室の真空を破ることなくIC試料の観察に移行することが可能である。
【0026】
以上本発明の一実施例について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものでない。例えば、ホルダ固定台の冷却を液体窒素タンクからの熱伝導による方法で行ったが、ホルダ固定台に直接冷媒を循環させる循環式冷却器でもよい。また、走査電子顕微鏡を例に説明したが、真空排気される試料室を備えた荷電粒子線を用いる観察装置に本発明を適用することができる。
【0027】
【発明の効果】
上述した説明から明らかなように、本発明によれば、冷却観察モードから常温観察モードへ、またはその逆へ、さらに、試料に電圧又は電流を供給するモードから通常のモードへ、またはその逆へと短時間で移行可能な荷電粒子線を用いた観察装置が提供される。
【0028】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す断面図である。
【図2】図1の実施例において、常温観察モードに移行した場合を示す断面図である。
【図3】従来例を示す断面図である。
【図4】本発明の他の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
1…試料室、2…試料交換室、3…仕切弁、4…開閉扉、5…試料交換棒、6…試料ホルダ、7…試料、8…試料ステージ、9…ホルダ固定台、10…フランジ、11…液体窒素タンク、12…熱伝導体、13…ホルダ固定台、14…着脱棒、15…試料ホルダ、16…試料、17…コネクタ部材、18…ハーメチック、19…ケーブル、20…電源、21…IC試料ホルダ、22…IC試料、
23…コネクタプラグ、24…接続ケーブル、25…コンタクト
Claims (2)
- 真空に維持される試料室と、試料室内に収容される試料ステージと、試料ステージ上に試料室外から試料ホルダを移送するために試料室側壁に設けられる仕切弁を備えた試料交換機構と、試料室の側壁に設けられた開口部に気密に取り付けられたフランジと、このフランジに取り付けられた冷媒タンクと、前記試料ステージ上に保持される試料ホルダ冷却台と、この試料ホルダ冷却台を冷却するためホルダ冷却台と冷媒タンク間を熱的に接続する熱伝導部材と、前記試料ホルダ冷却台を試料ステージ上と試料ステージ上から退避した位置へ移動させるための前記フランジに設けられた移送手段とを備えたことを特徴とする荷電粒子線を用いた観察装置。
- 真空に維持される試料室と、試料室内に収容される試料ステージと、試料ステージ上に試料室外から試料ホルダを移送するために試料室側壁に設けられる仕切弁を備えた試料交換機構と、試料ホルダとの電気的接続及び切り離しを行うために前記試料ステージ上に保持されるコネクタ部材と、試料室の側壁に設けられた開口部に気密に取り付けられたフランジと、前記コネクタ部材から伸びる配線を試料室外部に取り出すためにフランジに設けられた接続端子と、前記コネクタ部材を試料ステージ上と試料ステージ上から退避した位置へ移動させるための前記フランジに設けられた移送手段とを備えたことを特徴とする荷電粒子線を用いた観察装置。
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-
2002
- 2002-08-28 JP JP2002247898A patent/JP2004087342A/ja not_active Withdrawn
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