JP2006040761A

JP2006040761A - 荷電粒子線装置

Info

Publication number: JP2006040761A
Application number: JP2004220509A
Authority: JP
Inventors: Tomoyasu Hirashima; 智康平島; Shigeru Kawamata; 茂川俣; Masuhiro Ito; 祐博伊東
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2004-07-28
Filing date: 2004-07-28
Publication date: 2006-02-09

Abstract

【課題】荷電粒子線装置において試料を観察する際に、試料を対物レンズや対物レンズ周辺の検出器と接触させ、試料または電子レンズを傷つけたり、検出器を破損させたりすることがある。
【解決手段】電子線を発生させる電子銃１と、電子銃１により発生させた一次電子線２を細く絞るための集束レンズ系３と、対物レンズ４と、試料５を載せ試料５を移動させることができる移動機構を有する試料ステージ６と、対物レンズ４がその中に設けられるとともに観察時に試料５および試料ステージ６を収容し、その近傍を高真空に保つための真空容器７と、試料ステージ６を真空容器７から引き出すための機構８と、を含む荷電粒子線装置において、真空容器７に設けられた試料ステージ引き出し用の開口部Ｏに対物レンズ４を試料５の引き出し方向、すなわち、水平方向に投影させた対物レンズ４の水平投影形状を有する干渉検出用部材９が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、試料上において電子線等の荷電粒子を２次元的に走査し、この走査に伴って試料より発生する情報を検出器にて検出し、その検出信号に基づいて試料像を表示するようにした走査型電子顕微鏡装置などの荷電粒子線装置に関し、特に、対物レンズや対物レンズ周辺に配置される検出器と装置内に保持される観察試料との干渉を事前に識別することができ、試料の移動範囲を容易に確認できる走査電子顕微鏡などの荷電粒子線装置に関する。

走査電子顕微鏡により観察する試料は、像を観察する時には試料微動装置にセットした状態で真空容器内に保持され、水平、上下、傾斜、回転などの試料移動を行うことにより試料観察に適した位置に配置できるようになっている。通常、像観察時には真空容器内を直接見ることができないため、試料移動の際などにおける操作ミスにより、試料を対物レンズや対物レンズ周辺に配置される検出器と接触させてしまい、試料又は電子レンズなどを損傷させたり、検出器を破損させたりする場合があった。

また、半導体などの平面観察と断面観察を速やかに行いたいときに、対物レンズや他の部材と試料が干渉しないように、試料ステージの傾斜機構を用いなくても、０度から９０度まで傾斜できるホールダを有する荷電粒子線装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、特許文献１のようなホールダを有する場合でも、真空容器から試料ステージを引き出して試料を装着するタイプの装置では、試料交換をする際に、対物レンズや周辺の検出器等の構造物と試料とが干渉しないことを注意深く確認しながら試料を装着した試料ステージを真空容器内に挿入している。特に、試料に厚みがある場合には、予め定められた試料ステージの試料交換位置（傾けない位置）においても挿入時に対物レンズなどと干渉してしまう可能性があり、試料ステージ挿入時の目視による確認が必要になる。

特開２００１−３３８５９９号公報

試料を傾斜させた場合における対物レンズ等との干渉に関する対策としては、例えば、真空容器にＣＣＤカメラを取り付け、ＣＣＤカメラによる観察により干渉のチェックを行う手法が提案されている。しかしながら、ＣＣＤカメラによる観察に基づいて干渉をチェックする方法では、真空封止や照明等特別な装置が必要になりコストも高くなる。また、真空容器への取り付け位置は他の検出器や構成部品との兼ね合いで、干渉をチェックするに最適な場所に配置できるとは限らない。その他の技術としては、真空容器に鉛ガラス等によるのぞき窓を設ける手法もあるが、この手法では、像を観察する際には遮光を行わなければならないなどの使い勝手が悪く普及していない。

本発明の目的は、試料が、対物レンズや対物レンズ周辺の検出器と接触することにより、試料又は電子レンズを傷つけたり、検出器を破損させたりしないようにする仕組みであって干渉の確認がしやすい仕組みを低コストで実現することである。

本発明は、荷電粒子源と、該荷電粒子源から発生する荷電粒子線を収束させる対物レンズと、試料を載せるための試料ステージと、該試料ステージ及びその近傍を真空に保つための真空容器と、前記試料ステージを前記真空容器から引き出して試料の交換を行うために設けられた前記試料ステージを移動するための移動機構と、を備えた荷電粒子線装置であって、さらに、前記試料近傍の部品を前記試料ステージの移動方向に投影させた形状を有する干渉検出用部材を試料交換のために前記試料ステージを移動経路の途中に設けたことを特徴とする荷電粒子線装置が提供される。これにより、試料と干渉用部材との間における干渉の様子をみることにより、試料と干渉しやすい部品と実際に観測する状態で干渉するか否かの判定が容易になる。

本発明により、対物レンズや検出器などの部品と観察試料との干渉の発生の有無を簡単に検出し識別することができる。この際の追加のコストも少ない。また、試料に関して、上下移動や傾斜移動を行う際の可動範囲を容易に確認することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本実施の形態による荷電粒子線装置の一例である走査型電子顕微鏡装置を示す図である。図１に示すように、本実施の形態による走査型電子顕微鏡は、荷電粒子である電子線を発生させる電子銃１と、電子銃１により発生させた一次電子線２を細く絞るための集束レンズ系３と、対物レンズ４と、載置した試料５を、水平、上下および傾斜方向に移動させることができる移動機構を有する試料ステージ６と、対物レンズ４がその中に設けられるとともに観察時に試料５および試料ステージ６を収容し、その近傍を高真空に保つための真空容器７と、試料ステージ６を真空容器７から引き出し、試料交換を行うための引き出し機構８と、を含む。さらに、真空容器７内を真空引きする図示しない真空ポンプが設けられている。

本実施の形態による走査型電子顕微鏡は、図１に示す走査形電子顕微鏡において、真空容器７に設けられた試料ステージ引き出し用の開口部Ｏに上記対物レンズ４を試料５の引きだし方向、すなわち、図１に示す場合には水平方向に投影させた対物レンズ４の水平投影形状を有する干渉検出用部材９を設けたことを特徴とする。図１においては、干渉検出用部材９を側面（矢印Ａの方向を法線とする面内方向）から見ている。尚、破線で示した検出器ＤＴについては後述する。以下においては、検出器ＤＴの配置を考慮せずに説明を行う。

図１の矢印Ａ側からみた真空容器開口部付近を図２に示す。図２に示すように、干渉検出用部材９は、対物レンズ４（図では干渉検出用部材９の影になっているため見えない。）を開口部Ｏ面に対して試料の引きだし方向（この場合には水平方向）に投影させた形状を有することが明らかになる。

以下、対物レンズ４と試料５との干渉の有無を確認する手順について説明する。図３及び図５，６も参照しつつ説明を行う。試料５を装着する場合には、真空容器７の容器内を大気圧にし、試料ステージ６を引き出す。次に、試料５を試料ステージ６に取り付ける。その後、試料ステージ引き出し機構８により、試料５が載置された試料ステージ６を引きだし方向にスライドさせ、真空容器７内に挿入する。この際、試料５の位置を上記干渉検出用部材９の下側に移動させて一旦停止させる。この位置で停めやすいように、例えば試料ステージ引きだし機構にマーカを付けることもできるし、第１の停止位置として一時停止が可能なような機構を設けておいても良い。

図３は、試料５を上記干渉検出用部材９の下側で停止させた状態を上方より見た図である。

その位置において、上下移動機構１０により試料５を上下方向に動かしたり、試料傾斜機構１１により傾斜させたりすることにより、試料の移動可能な範囲を確認することができる。厚み（高さ）のある試料や幅のある大きな試料などを観察する場合、対物レンズ下面および周囲面と試料が干渉し、ぶつかってしまうことがある。また、試料の高さが傾斜軸よりも高かった場合、試料の最大傾斜角度は試料の上下位置によっても変わるため、試料を真空容器中で観察しながら傾斜させる場合には、細心の注意を必要とする。

図５及び図６は、試料５と干渉検出用部材９との位置関係を示す図であり、（ａ）が水平状態、（ｂ）が傾斜させた状態における位置関係を示す図である。符号１０７は、試料を傾斜させる場合の傾斜軸を示す。１０８は、試料の位置を示し、特に試料の観察したい部位を通り、一次電子線２に直角な面を示す。

図５（ａ）は試料５が水平の状態（傾いていない状態）において、対物レンズ４を水平投影した干渉検出用部材９と試料５との干渉を確認している時の状態を示す。この状態で、試料ステージ６の上下移動機構により試料面１０８を移動し観察したい条件（位置）で、干渉しないかどうかを確認することができる。また、図５（ｂ）は、さらに試料を傾斜させた場合を示す図である。試料の大きさ（特に幅）によって、試料と干渉検出用部材との干渉、すなわち、試料５を挿入した場合における試料と対物レンズとの干渉が起こる可能性があることがわかる。

図６は、凹凸のある試料の場合を示す図である。図６（ｂ）に示すように、面１０８よりも出ている部位（凸部）があるため平らな試料の場合よりも、試料傾斜角度をあさくしなければならないこともわかる。干渉検出用部材９は、このように、対物レンズ４と試料５との干渉を検出する目安として有用であることがわかる。

以上のように、本実施の形態による走査型電子顕微鏡においては、試料挿入時に干渉検出用部材９に干渉しない範囲で試料５を傾斜させておき、そのまま真空容器中に挿入することにより、容易に所望の傾斜を得ることも可能となる。最大傾斜角度でも干渉しないことがわかれば、試料５を挿入し干渉を気にせずに自由に傾斜させて観察を行うことが可能になる。

上記干渉検出用部材９は、真空容器７内の開口部Ｏに固定しても良いし、取り外せるように構成しても良い。固定構造とする場合には、試料ステージ１２を真空容器７内に挿入した際にも試料ステージ１２と干渉しないような配置とするのが好ましい。着脱可能とする場合には、試料ステージ１２の挿入時に取外すことにより試料ステージ１２との干渉はなくなるが、試料ステージ１２を挿入する毎に干渉検出用部材９の着脱作業が必要となる。もちろん、干渉検出用部材９を進退自在に構成させても良い。

また、干渉検出用部材９は、対物レンズ４の水平投影形状よりも一回り大きくすることもできる。このようにすると、試料５と対物レンズ４との干渉に関するマージンを取っておくことができる。例えば、干渉検出用部材９の底辺の位置を、対物レンズ４の下面よりも１ｍｍ程度低い位置となるような大きさにしたり、干渉検出用部材９の左右の側辺を、対物レンズ４の側部よりも各１ｍｍ程度広げた位置にしたりすることにより、干渉検出用部材９を用いて確認しておけば、若干の誤差が生じても実際の観察時には干渉が起こらないようにすることができ、試料や対物レンズをより安全に保護できるという利点がある。

尚、図２に示すように、本実施の形態による走査型電子顕微鏡に設けられる干渉検出用部材９は、電子線２を試料の引きだし方向（この場合は水平方向）に投影したマーカ２’を有している。このように、干渉検出用部材９に、電子線通路の投影位置を示すマーカ２’を設け、試料ステージ６の水平移動機構１２および上下移動機構１０、試料傾斜機構１１により、マーカ２’の線を下方に延ばした仮想線の下側に観察したい試料５の部位を移動して際に、その目安とすることができる。このようにすれば、実際の観察開始の直後から所望の観察視野を観察することができる。また、多少のずれがあった場合にも、近傍に観察視野があることがわかっているため、操作者は観察を行いやすいという利点がある。また、このマーカ２’にはもう１つの利点がある。この利点について、図７を用いて説明する。図７は、試料面１０８と傾斜軸１０７が一致しない状態で、試料を試料ステージに載置した場合の例である。図７（ａ），（ｂ）は、傾斜軸１０７よりも低い位置に試料面１０８がある場合を示している。

図７（ａ）は、前述のマーカ２’の線を下方に延ばした仮想線の下側に観察したい部位１０９を移動した状態である。これを、図７（ｂ）に示すように傾斜させると、観察したい部位１０９が、前述仮想線から外れた位置１０９’になることがわかる。つまり、そのまま真空容器中に挿入し実際に観察した場合、試料を傾斜したときに観察視野がかわってしまう。そこで、図５（ａ）に示すように、傾斜軸１０７と、観察したい軸の試料面１０８が一致するように、試料を試料ステージに載置することにより、視野のずれを気にせずに試料を傾斜させて観察を行うことが可能となる。

次に、本発明の第２の実施の形態による走査型電子顕微鏡について図面を参照しつつ説明を行う。本実施の形態による走査型電子顕微鏡において、干渉検出用部材９が、開口部Ｏではなく試料ステージ１２に設けられている。図４は、本実施の形態による走査型電子顕微鏡の構成例を示す図であり、図１に対応する図である。

図４中の構成要素のうち符号１から８までは、第１の実施の形態と同じ構成である。図４に示すように、本実施の形態による走査型電子顕微鏡は、試料ステージ６に対物レンズ４を試料５の引きだし方向（この場合は水平方向）に投影させた形状を有する干渉検出用部材９と、試料５の上部に干渉検出用部材９を引きだし方向（水平）に移動させることができる機構１４と、を設けたことを特徴としている。以下、本実施の形態による走査型電子顕微鏡を用い対物レンズ４と観察試料５との干渉を確認する手順について説明を行う。
真空容器７内を大気圧にし、試料ステージ６を引き出し、試料５を試料ステージ６に取り付ける手順は、第１の実施の形態の場合と同様である。その後に、本実施の形態においては、干渉検出用部材９を、載置した試料５の上部に位置するようになるまで水平移動機構１４により移動させる。試料５を移動させた後は、第１の実施の形態の場合と同様に、その位置で、試料５を上下移動機構１０により上下方向に動かしたり、試料傾斜機構１１により傾斜させたりすることにより、試料５が対物レンズ４と干渉せずに移動可能な範囲を確認することができる。

本実施の形態による構成例によれば、通常は干渉検出用部材９の存在を意識する必要がなく、干渉の有無の検出が必要な場合のみ干渉検出用部材９を引き出して干渉チェックを行うことが可能である。干渉検出用部材９を引っ込めておけば、試料５を試料ステージ６に取り付ける際の作業において干渉検出用部材９が邪魔にならない。

次に、本発明の第３の実施の形態による走査型電子顕微鏡装置について図面を参照しつつ説明を行う。上記第１及び第２の実施の形態による走査型電子顕微鏡装置においては、試料と対物レンズとの干渉を確認する技術について説明した。本実施の形態による走査型電子顕微鏡装置においては、図１〜図３に示すように、対物レンズ４の近傍に配置されるＸ線分析装置用検出器ＤＴと試料５との干渉を防止するための第２の干渉検出用部材１９を有する。干渉検出用部材１９の形状は、検出器ＤＴの外観形状を試料の引きだし方向（この場合は水平方向）に投影させた形状にする。或いは、検出器と対物レンズとの両方を含めた投影とすればよい。

以上、本実施の形態による走査型電子顕微鏡によれば、検出器と試料との干渉に関する検出を事前に行うことができるため、試料を取り付ける際、試料を観測する際の参考にすることができる。
尚、対物レンズや検出器などの近傍に配置される他の構造物についても本実施の形態による技術を適用することができる。

本発明は、電子顕微鏡装置を含む他の荷電粒子線装置に適用可能である。

本発明の第１の実施の形態による走査型電子顕微鏡の構成例を示す側面図である。図１（Ａ）の走査型電子顕微鏡の図１の矢印Ａ側からみた真空容器開口部付近の構成を示す図である。本発明の第３の実施の形態による走査型電子顕微鏡の上面図であり、検出器と検出器用干渉検出部材を取り付けた構成を示す図である本発明の第２の実施の形態による走査型電子顕微鏡の側面図である。試料と干渉検出用部材との位置関係を示す図であり、図５（ａ）は試料を水平に保持した状態を、図５（ｂ）は試料を傾斜させた状態を示す図である。試料と干渉検出用部材との位置関係を示す図であり、図６（ａ）は試料を水平に保持した状態を、図６（ｂ）は試料を傾斜させた状態を示す図である。この場合には、試料を傾斜させると部材との間で干渉が起こっている。試料面と傾斜軸が一致しない状態で、試料を試料ステージに載置した場合の例である。図７（ａ）、（ｂ）は、傾斜軸よりも低い位置に試料面がある場合を示している。図７（ａ）は、マーカの線を下方に延ばした仮想線の下側に観察したい部位を移動した状態を示す図である。図７（ｂ）は、これを傾斜させた状態を示す図である。

符号の説明

１…電子銃、２…電子銃から発生した一次電子線、３…集束レンズ、４…対物レンズ、５…試料、６…試料ステージ、７…真空容器、８…真空容器から試料ステージを引き出すための引き出し機構、９…干渉検出用部材、１０…上下移動機構、１１…試料傾斜機構、１２…水平移動機構、１３…干渉検出用部材の電子線通路の投影位置を示すマーカ、１９…干渉検出用部材、ＤＴ…Ｘ線分析装置用検出器。

Claims

荷電粒子源と、該荷電粒子源から発生する荷電粒子線を収束させる対物レンズと、試料を載せるための試料ステージと、該試料ステージ及びその近傍を真空に保つための真空容器と、前記試料ステージを前記真空容器から引き出して試料の交換を行うために設けられた前記試料ステージを移動するための移動機構と、を備えた荷電粒子線装置であって、
さらに、前記試料近傍の部品を前記試料ステージの移動方向に投影させた形状を有する干渉検出用部材を試料交換のために前記試料ステージを移動経路の途中に設けたことを特徴とする荷電粒子線装置。
荷電粒子源と、該荷電粒子源から発生する荷電粒子線を収束させる対物レンズと、試料を載せるための試料ステージと、該試料ステージ及びその近傍を真空に保つための真空容器と、前記試料ステージを前記真空容器から引き出して試料の交換を行うために前記真空容器に設けられた開口部及び試料ステージの引き出し機構と、を備えた荷電粒子線装置であって、
前記開口部に前記対物レンズを前記試料ステージの引きだし方向に投影させた形状を有する干渉検出用部材を設けたことを特徴とする荷電粒子線装置。
荷電粒子源と、該荷電粒子源から発生する荷電粒子線を収束させる対物レンズと、試料を載せるための試料ステージと、該試料ステージ及びその近傍を真空に保つための真空容器と、前記試料ステージを前記真空容器から引き出して試料の交換を行うために前記真空容器に設けられた開口部及び試料ステージの引き出し機構と、を備えた荷電粒子線装置であって、
試料ステージに前記対物レンズを前記試料ステージの引きだし方向に投影させた形状を有する干渉検出用部材を設けたことを特徴とする荷電粒子線装置。
荷電粒子源と、該荷電粒子源から発生する荷電粒子線を収束させる対物レンズと、試料を載せるための試料ステージと、該試料ステージ及びその近傍を真空に保つための真空容器と、一次電子線の照射により発生した試料情報を得るための検出器と、前記試料ステージを前記真空容器から引き出して試料の交換を行うために前記真空容器に設けられた開口部及び試料ステージの引き出し機構と、を備えた荷電粒子線装置であって、
前記開口部に、前記検出器又は該検出器及び前記対物レンズの両方を、前記試料ステージの引きだし方向に投影させた形状を有する干渉検出用部材を設けたことを特徴とする荷電粒子線装置。
荷電粒子源と、該荷電粒子源から発生する荷電粒子線を収束させる対物レンズと、試料を載せるための試料ステージと、該試料ステージ及びその近傍を真空に保つための真空容器と、一次電子線の照射により発生した試料情報を得るための検出器と、前記試料ステージを前記真空容器から引き出して試料の交換を行うために前記真空容器に設けられた開口部及び試料ステージの引き出し機構と、を備えた荷電粒子線装置であって、前記試料ステージに、前記検出器又は該検出器及び前記対物レンズの両方を、前記試料ステージの引きだし方向に投影させた形状を有する干渉検出用部材を設けたことを特徴とする荷電粒子線装置。
請求項１から請求項５のまでのいずれか１項に記載の荷電粒子線装置において、前記干渉検出用部材に、前記荷電粒子線の出射経路を前記引きだし方向に投影する位置を表示するマーカを設けたことを特徴とする荷電粒子線装置。