JP2007071740A - Charged particle beam device equipped with manipulator - Google Patents

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Mitsutoshi Yoshikawa
川 光 俊 吉
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manipulator for charged particle beams which implements exchanging work for a probe of manipulator quickly, keeping vacuum. <P>SOLUTION: After a probe mount 32 is moved to move a used probe 27 to a probe exchange position 20, a probe holder 34 is rotated if needed, and then an empty probe storage section 35 is moved to the probe exchange position 20. Next, the used probe 27 is removed from a probe fixing plated spring 29 to put in an empty probe storage section 35. The probe holder 34 is rotated to move the probe storage section 35a containing an unused probe 27a to the probe exchange position 20. Finally, by bring the unused probe 27a out from the probe storage plated spring 30 to load on the probe fixing plated spring 29, the probe exchanging is completed. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、マニピュレータを備える走査電子顕微鏡等の荷電粒子ビーム装置に関わり、特にマニピュレータにより試料の電気特性を測定するときに使用するプローブの交換機構に関わる。 The present invention relates to a charged particle beam apparatus such as a scanning electron microscope equipped with a manipulator, and more particularly to a probe exchange mechanism used when measuring electrical characteristics of a sample with the manipulator.

走査電子顕微鏡などの荷電粒子ビーム装置において、試料室内にプローブ(探針)を備えるマニピュレータを設け、試料室内に配置された試料に電圧等を印加して試料の電気特性を測定するものがある。このような構成を持つ従来の走査電子顕微鏡の一例を図1に示す。図1は、従来技術における走査電子顕微鏡の試料室及びその周辺の概略構成を示す断面図である。図1において、電子線EBは対物レンズ2により細く絞られて試料ホルダ14に載置された試料15に照射される。なお、電子銃、集束レンズ走査コイル等からなる鏡筒は図示を省略している。   2. Description of the Related Art Some charged particle beam devices such as a scanning electron microscope include a manipulator having a probe (probe) in a sample chamber, and measures the electrical characteristics of the sample by applying a voltage or the like to the sample arranged in the sample chamber. An example of a conventional scanning electron microscope having such a configuration is shown in FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a sample chamber of a scanning electron microscope and its surroundings in the prior art. In FIG. 1, the electron beam EB is narrowed down by the objective lens 2 and applied to the sample 15 placed on the sample holder 14. Note that a lens barrel including an electron gun, a focusing lens scanning coil, and the like is not shown.

試料室1内は真空に保たれ、Z軸移動・傾斜機構を備える試料ステージ5が試料室1の壁に取り付けられている。試料ステージ5の上には広範囲の試料移動を行うためのY軸移動ステージ6とX軸移動ステージ7が構成されている。ここでY軸移動ステージ6とX軸移動ステージ7の上下関係に特段の意味は持たない。X軸移動ステージ7の上にはマニピュレータ18が載置されている。マニピュレータ18には、マニピュレータ基台8と、一つのプローブ毎にX軸移動機構9、Y軸移動機構10、Z軸移動機構11、プローブマウント12、プローブ支持部材13、プローブ17が構成されている。ここで、X軸移動機構9、Y軸移動機構10、Z軸移動機構11の上下関係に特段の意味は持たない。プローブ17にはリード線(図示せず)が配線されていて、試料室1の壁に設けられた気密端子(図示せず)を通して真空外に電気信号を取り出せるようになっている。また試料ホルダ14もマニピュレータ基台8上に載置されている。   The inside of the sample chamber 1 is kept in a vacuum, and a sample stage 5 having a Z-axis moving / tilting mechanism is attached to the wall of the sample chamber 1. On the sample stage 5, a Y-axis moving stage 6 and an X-axis moving stage 7 for performing a wide range of sample movement are configured. Here, the vertical relationship between the Y-axis moving stage 6 and the X-axis moving stage 7 has no particular meaning. A manipulator 18 is placed on the X-axis moving stage 7. The manipulator 18 includes a manipulator base 8 and an X-axis moving mechanism 9, a Y-axis moving mechanism 10, a Z-axis moving mechanism 11, a probe mount 12, a probe support member 13, and a probe 17 for each probe. . Here, the vertical relationship among the X-axis moving mechanism 9, the Y-axis moving mechanism 10, and the Z-axis moving mechanism 11 has no particular meaning. A lead wire (not shown) is wired to the probe 17 so that an electric signal can be taken out of the vacuum through an airtight terminal (not shown) provided on the wall of the sample chamber 1. The sample holder 14 is also placed on the manipulator base 8.

試料室1には予備交換室3が取り付けられており、試料室1と連通する予備交換室3の間は真空仕切弁4が設けられている。試料室1と予備交換室3の内部は真空排気系(図示せず)により、それぞれ個別に真空保持と大気開放の切り換えが可能である。予備交換室3にはマニピュレータ18を予備交換室3と試料室1との間で移動させるための交換用シャフト16が設けられている。図2は、図1の従来技術における試料室及びその周辺を上方(対物レンズ2側)から見たときの平面図である。図2において、試料の電気特性を測定するためのプローブを4本設ける場合を示しているが、プローブの本数は測定の目的により異なる。例えば、試料に照射された電子線がアースに流れる際に生じる内部起電力を測定する場合、任意の2点間の電圧を測定するためには少なくとも2本のプローブが必要である。また例えば、4本のプローブを使用する4端子法においては、試料の両端に接触させた2本のプローブの間に直流電圧を印加し、他の2本のプローブを所望する試料上の2点に接触させ、その2点間の電圧降下を測定して試料の抵抗を測定する。   A preliminary exchange chamber 3 is attached to the sample chamber 1, and a vacuum gate valve 4 is provided between the preliminary exchange chamber 3 communicating with the sample chamber 1. The inside of the sample chamber 1 and the preliminary exchange chamber 3 can be individually switched between vacuum holding and atmospheric release by an evacuation system (not shown). The spare exchange chamber 3 is provided with a replacement shaft 16 for moving the manipulator 18 between the spare exchange chamber 3 and the sample chamber 1. FIG. 2 is a plan view when the sample chamber and its periphery in the prior art of FIG. 1 are viewed from above (objective lens 2 side). Although FIG. 2 shows a case where four probes for measuring the electrical characteristics of the sample are provided, the number of probes varies depending on the purpose of measurement. For example, when measuring an internal electromotive force generated when an electron beam irradiated to a sample flows to the ground, at least two probes are required to measure a voltage between any two points. Further, for example, in the four-terminal method using four probes, a DC voltage is applied between two probes brought into contact with both ends of the sample, and the other two probes are placed on the desired two points on the sample. The resistance of the sample is measured by measuring the voltage drop between the two points.

測定によりプローブの先端が変形・摩耗してプローブ交換を行うことが必要となった場合は、マニピュレータ18を予備交換室3に移動する。交換は以下の手順で行う。先ず予備交換室3を真空状態とし、真空仕切弁4を開けて交換シャフト16の先端部を試料室内に移動させ、マニピュレータ基台8と連結させる。交換シャフト16を予備交換室3側に移動させると、図3の平面図に示すように、マニピュレータ基台8はマニピュレータ18と試料ホルダ14を載せたまま予備交換室3に移動する。再び真空仕切弁4を閉じて予備交換室3のみを大気開放すれば、プローブ交換を行うことができる。上記の手順から明らかなように試料交換のみが必要な場合もプローブ交換と同じ手順で行われる。   When it is necessary to replace the probe due to deformation or wear of the probe tip due to the measurement, the manipulator 18 is moved to the preliminary replacement chamber 3. The exchange is performed according to the following procedure. First, the preliminary exchange chamber 3 is brought into a vacuum state, the vacuum gate valve 4 is opened, the tip of the exchange shaft 16 is moved into the sample chamber, and is connected to the manipulator base 8. When the exchange shaft 16 is moved to the spare exchange chamber 3 side, the manipulator base 8 moves to the spare exchange chamber 3 with the manipulator 18 and the sample holder 14 placed thereon, as shown in the plan view of FIG. If the vacuum gate valve 4 is closed again and only the preliminary exchange chamber 3 is opened to the atmosphere, the probe can be exchanged. As is clear from the above procedure, the same procedure as the probe replacement is performed when only the sample replacement is necessary.

特開2000−251820号JP 2000-251820 A 特開2005−26530号JP 2005-26530 A

電気特性を測定する試料としては半導体が主であるが、LSI、VLSIと集積度が大規模・高密度化するにつれて、プローブを接触させる部位も微小となっている。そのため測定に使用するプローブの先端は極めて細く作られており、変形・摩耗し易いためプローブ交換頻度が高くならざるを得ない。しかし、図1〜3に示す従来技術では、高真空中で使用しているプローブを交換する際にプローブをマニピュレータごと大気中に取り出す必要があるため、交換に時間がかかるという問題がある。   A semiconductor is mainly used as a sample for measuring electrical characteristics. However, as the degree of integration with LSI and VLSI increases on a large scale and the density increases, the part where the probe is brought into contact with becomes smaller. For this reason, the tip of the probe used for measurement is made extremely thin, and since it is easily deformed and worn, the probe replacement frequency must be increased. However, in the prior art shown in FIGS. 1 to 3, there is a problem that it takes time to replace the probe because it is necessary to take out the probe together with the manipulator when replacing the probe used in a high vacuum.

こうした問題を解決するために、特許文献1の特開2000−251820号には、プローブホルダ専用のエアロック室を設け、プローブ保持部材をエアロック室に取り付けてプローブ毎移動可能なように構成し、プローブ交換の際はエアロック室にプローブを移動して大気開放されたエアロック室で交換作業を行うようにした技術が開示されている。この技術によれば、複数のプローブ交換専用のエアロック室を設けることにより、複数プローブによる試料の電気特性測定が可能で、本体の真空を保持したままプローブ交換を行うことができる。しかし、プローブホルダ専用のエアロック室をプローブ毎に設けなければならないので、装置の構造が複雑となり、コストアップになるという問題がある。   In order to solve such a problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-251820 of Patent Document 1 is provided with a probe holder dedicated air lock chamber, and a probe holding member is attached to the air lock chamber so that each probe can move. In the probe replacement, a technique is disclosed in which the probe is moved to the air lock chamber and the replacement operation is performed in the air lock chamber opened to the atmosphere. According to this technique, by providing a plurality of probe-dedicated airlock chambers, it is possible to measure the electrical characteristics of a sample using a plurality of probes, and it is possible to perform probe replacement while maintaining the vacuum of the main body. However, since an air lock chamber dedicated to the probe holder must be provided for each probe, there is a problem that the structure of the apparatus becomes complicated and the cost increases.

また特許文献2の特開2005−26530号には、試料交換を行うための試料ホルダ移動機構とマニピュレータ移動移動機構とを兼用させる機構とする技術が開示されている。この技術によれば、プローブホルダ専用のエアロック室が不要なので、簡易な構成とすることができる。またマニピュレータのプローブ交換の際も、本体の真空を保持したまま効率よく行うことができる。しかし、試料交換のためのエアロック室を兼用しているため、複数のプローブを使用する測定は行えないという問題がある。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-26530 of Patent Document 2 discloses a technique that uses a sample holder moving mechanism and a manipulator moving mechanism for exchanging samples. According to this technique, since an air lock chamber dedicated to the probe holder is not required, a simple configuration can be achieved. In addition, the probe of the manipulator can be exchanged efficiently while maintaining the vacuum of the main body. However, since the air lock chamber is also used for sample exchange, there is a problem that measurement using a plurality of probes cannot be performed.

本発明は、上述の問題を解決し、複数のプローブを使用した試料の電気特性測定が行えると共に、本体の真空を保持したまま、短時間に消耗したプローブを新しいプローブに交換できるマニピュレータを備えた荷電粒子ビーム装置を提供することにある。   The present invention is provided with a manipulator that solves the above-mentioned problems, can measure the electrical characteristics of a sample using a plurality of probes, and can replace a probe that has been consumed in a short time with a new probe while maintaining the vacuum of the main body. It is to provide a charged particle beam apparatus.

上述の問題を解決するために、本発明は、
試料室と連通する予備交換室との間で試料ホルダを移動可能な移動機構を有し、且つ前記試料ホルダ上の試料に接触させるプローブを保持し移動させるマニピュレータを前記試料室内に備えた荷電粒子ビーム装置において、
前記マニピュレータに設けられ前記プローブを着脱可能に支持するプローブ支持手段と、使用済みプローブを収納する第1のプローブ収納部と未使用プローブを収納する第2のプローブ収納部を有するプローブホルダを備え、
前記プローブ支持手段と前記第1のプローブ収納部と前記第2のプローブ収納部は向かい合う一組の板ばねからなり、前記プローブを挟んでいる方の向かい合う一組の板ばね先端の間隔が、前記プローブを挟んでいない方の向かい合う一組の板ばね先端の間隔よりも広くなるように構成され、
前記試料室内の真空を保持した状態で、前記プローブ支持手段を前記第1又は第2のプローブ収納部に対して会合・離間させることにより、前記使用済プローブを前記プローブ支持手段から取り外して前記第1のプローブ収納部へ収納し、前記未使用プローブを前記第2のプローブ収納部から取り出して前記プローブ支持手段に装着するようにしたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention provides:
A charged particle having a moving mechanism capable of moving the sample holder between the sample chamber and a preliminary exchange chamber communicating with the sample chamber, and a manipulator for holding and moving the probe contacting the sample on the sample holder. In the beam device,
A probe holder provided on the manipulator for removably supporting the probe; a probe holder having a first probe storage section for storing a used probe; and a second probe storage section for storing an unused probe;
The probe support means, the first probe storage portion, and the second probe storage portion are composed of a pair of leaf springs facing each other, and an interval between the pair of leaf spring tips facing each other across the probe is It is configured to be wider than the distance between the pair of leaf spring tips facing each other that do not sandwich the probe,
In a state where the vacuum in the sample chamber is maintained, the probe support means is associated / separated with respect to the first or second probe storage portion, thereby removing the used probe from the probe support means. The probe is stored in one probe storage section, and the unused probe is taken out from the second probe storage section and attached to the probe support means.

また本発明は、前記プローブホルダは、前記移動機構により前記試料室と連通する前記予備交換室との間で移動可能であることを特徴とする。   In the invention, it is preferable that the probe holder is movable between the sample exchange chamber and the preliminary exchange chamber by the movement mechanism.

また本発明は、前記プローブホルダ上に前記試料を載置可能な構成となっていることを特徴とする。   Further, the present invention is characterized in that the sample can be placed on the probe holder.

また本発明は、前記第1のプローブ収納部と前記第2のプローブ収納部は、前記プローブホルダ上の外周近傍に配置されていることを特徴とする。   Further, the present invention is characterized in that the first probe storage portion and the second probe storage portion are arranged in the vicinity of the outer periphery on the probe holder.

また本発明は、前記プローブ支持手段との間で前記使用済プローブ及び前記未使用プローブの取り外し及び装着を行う位置に前記第1のプローブ収納部と前記第2のプローブ収納部を移動させる手段は、前記試料ホルダの中心を回転中心として前記試料ホルダを回転させる手段であることを特徴とする。   According to the present invention, there is provided means for moving the first probe storage portion and the second probe storage portion to a position for removing and attaching the used probe and the unused probe to and from the probe support means. The means for rotating the sample holder with the center of the sample holder as the center of rotation.

また本発明は、前記プローブは、その胴体部から前記プローブ先端部が支持される端部とその反対側の端部に向かうにつれて細くなるように形成されていることを特徴とする。   Further, the present invention is characterized in that the probe is formed so as to become thinner from the body portion toward an end portion where the probe tip portion is supported and an end portion on the opposite side thereof.

本発明によれば、
試料室と連通する予備交換室との間で試料ホルダを移動可能な移動機構を有し、且つ前記試料ホルダ上の試料に接触させるプローブを保持し移動させるマニピュレータを前記試料室内に備えた荷電粒子ビーム装置において、
前記マニピュレータに設けられ前記プローブを着脱可能に支持するプローブ支持手段と、使用済みプローブを収納する第1のプローブ収納部と未使用プローブを収納する第2のプローブ収納部を有するプローブホルダを備え、
前記プローブ支持手段と前記第1のプローブ収納部と前記第2のプローブ収納部は向かい合う一組の板ばねからなり、前記プローブを挟んでいる方の向かい合う一組の板ばね先端の間隔が、前記プローブを挟んでいない方の向かい合う一組の板ばね先端の間隔よりも広くなるように構成され、
前記試料室内の真空を保持した状態で、前記プローブ支持手段を前記第1又は第2のプローブ収納部に対して会合・離間させることにより、前記使用済プローブを前記プローブ支持手段から取り外して前記第1のプローブ収納部へ収納し、前記未使用プローブを前記第2のプローブ収納部から取り出して前記プローブ支持手段に装着するようにしたので、
複数のプローブを使用した試料の電気特性測定が行えるマニピュレータであっても、本体の真空を保持したまま、短時間で使用済プローブを未使用プローブに交換することができる。そのため、測定の効率を大幅に向上させることが可能となる。また、試料交換時及び使用済プローブのみがプローブホルダに収納されてそれらを新しいプローブに交換する時、試料ホルダのみを大気開放すれば良いので、大きな予備交換室が不要となり、製造コストの削減と操作性の向上を図ることができる。
According to the present invention,
A charged particle having a moving mechanism capable of moving the sample holder between the sample chamber and a preliminary exchange chamber communicating with the sample chamber, and a manipulator for holding and moving the probe contacting the sample on the sample holder. In the beam device,
A probe holder provided on the manipulator for removably supporting the probe; a probe holder having a first probe storage section for storing a used probe; and a second probe storage section for storing an unused probe;
The probe support means, the first probe storage portion, and the second probe storage portion are composed of a pair of leaf springs facing each other, and an interval between the pair of leaf spring tips facing each other across the probe is It is configured to be wider than the distance between the pair of leaf spring tips facing each other that do not sandwich the probe,
In a state where the vacuum in the sample chamber is maintained, the probe support means is associated / separated with respect to the first or second probe storage portion, thereby removing the used probe from the probe support means. Since the unused probe is taken out from the second probe storage portion and attached to the probe support means,
Even a manipulator capable of measuring electrical characteristics of a sample using a plurality of probes can replace a used probe with an unused probe in a short time while maintaining the vacuum of the main body. Therefore, the measurement efficiency can be greatly improved. Also, when replacing samples and when only used probes are stored in the probe holder and they are replaced with new probes, it is only necessary to open the sample holder to the atmosphere, thus eliminating the need for a large spare replacement chamber and reducing manufacturing costs. The operability can be improved.

以下図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、この実施例は一例であり、本発明がこれに限定されるわけではない。
図4は、本発明における走査電子顕微鏡の試料室及びその周辺の概略構成を示す縦断面図である。図4において、電子線EBは対物レンズ2により細く絞られてプローブホルダ34に載置された試料15に照射される。なお、図1と同様に電子銃、集束レンズ走査コイル等からなる鏡筒は図示を省略している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, this Example is an example and this invention is not necessarily limited to this.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of the sample chamber of the scanning electron microscope and its periphery in the present invention. In FIG. 4, the electron beam EB is narrowed down by the objective lens 2 and applied to the sample 15 placed on the probe holder 34. As in FIG. 1, a lens barrel made up of an electron gun, a focusing lens scanning coil, and the like is not shown.

試料室31内は真空に保たれ、Z軸移動・傾斜機構を備える試料ステージ5が試料室31の壁に取り付けられている。試料ステージ5の上には広範囲の試料移動を行うためのY軸移動ステージ6とX軸移動ステージ7が構成されている。ここでY軸移動ステージ6とX軸移動ステージ7の上下関係に特段の意味は持たない。X軸移動ステージ7の上にはマニピュレータ38が載置されている。マニピュレータ38には、マニピュレータ基台8と、一つのプローブ毎にX軸移動機構9、Y軸移動機構10、Z軸移動機構11、プローブマウント32、板ばね支持部材33、プローブ27が構成されている。ここで、X軸移動機構9、Y軸移動機構10、Z軸移動機構11の上下関係に特段の意味は持たない。プローブ27にはリード線(図示せず)が配線されていて、試料室31の壁に設けられた気密端子(図示せず)を通して真空外に電気信号を取り出せるようになっている。プローブホルダ34はマニピュレータ基台8上に載置されている。プローブホルダ34の上には試料15が載置され、試料15を取り巻くようにプローブ収納部35が複数個取り付けられている。プローブ収納部35は、使用済プローブと交換用の未使用プローブを収納するために設けられたものである。プローブホルダ34の下には、プローブホルダ34の中心を回転中心としてプローブホルダ34を回転させる回転機構25が設けられている。   The inside of the sample chamber 31 is kept in a vacuum, and a sample stage 5 having a Z-axis moving / tilting mechanism is attached to the wall of the sample chamber 31. On the sample stage 5, a Y-axis moving stage 6 and an X-axis moving stage 7 for performing a wide range of sample movement are configured. Here, the vertical relationship between the Y-axis moving stage 6 and the X-axis moving stage 7 has no particular meaning. A manipulator 38 is placed on the X-axis moving stage 7. The manipulator 38 includes a manipulator base 8 and an X-axis moving mechanism 9, a Y-axis moving mechanism 10, a Z-axis moving mechanism 11, a probe mount 32, a leaf spring support member 33, and a probe 27 for each probe. Yes. Here, the vertical relationship among the X-axis moving mechanism 9, the Y-axis moving mechanism 10, and the Z-axis moving mechanism 11 has no particular meaning. A lead wire (not shown) is wired to the probe 27 so that an electric signal can be taken out of the vacuum through an airtight terminal (not shown) provided on the wall of the sample chamber 31. The probe holder 34 is placed on the manipulator base 8. A sample 15 is placed on the probe holder 34, and a plurality of probe storage portions 35 are attached so as to surround the sample 15. The probe storage unit 35 is provided to store a used probe and a replacement unused probe. A rotation mechanism 25 that rotates the probe holder 34 around the center of the probe holder 34 is provided below the probe holder 34.

図8(a)に、プローブ27近傍を拡大した斜視図を示す。プローブ27は、板ばね支持部材33に支持されたプローブ固定板ばね29で着脱可能なように挟まれて、試料15の電気特性の測定が可能な状態に固定されている。図8(b)はプローブ収納部35にプローブ27が収納されている状態を示す斜視図である。プローブ収納板ばね30はプローブ27を着脱可能なように挟んで保持している。プローブ先端部28はプローブホルダ34に空けられたプローブ先端収納穴34aの中に収納されるようになっている。プローブ27のプローブ先端部28側とその反対側の端部は、後述するプローブ交換を円滑に行うために、胴体部から端に向かうにつれて細くなるように形成されている。   FIG. 8A shows an enlarged perspective view of the vicinity of the probe 27. The probe 27 is sandwiched so as to be detachable by a probe fixing leaf spring 29 supported by a leaf spring supporting member 33, and is fixed in a state where the electrical characteristics of the sample 15 can be measured. FIG. 8B is a perspective view showing a state in which the probe 27 is stored in the probe storage portion 35. The probe storage leaf spring 30 holds the probe 27 so as to be detachable. The probe tip 28 is accommodated in a probe tip accommodation hole 34 a formed in the probe holder 34. The probe distal end portion 28 side and the opposite end portion of the probe 27 are formed so as to become narrower from the body portion toward the end in order to smoothly perform probe exchange described later.

試料室31には予備交換室23が取り付けられており、試料室31と連通する予備交換室23の間には真空仕切弁24が設けられている。試料室31と予備交換室23の内部は真空排気系(図示せず)により、それぞれ個別に真空保持と大気開放の切り換えが可能である。予備交換室23にはプローブホルダ34を予備交換室23と試料室31との間で移動させるための交換用シャフト26が設けられている。   A preliminary exchange chamber 23 is attached to the sample chamber 31, and a vacuum gate valve 24 is provided between the preliminary exchange chambers 23 communicating with the sample chamber 31. The inside of the sample chamber 31 and the preliminary exchange chamber 23 can be individually switched between vacuum holding and atmospheric release by an evacuation system (not shown). The spare exchange chamber 23 is provided with an exchange shaft 26 for moving the probe holder 34 between the spare exchange chamber 23 and the sample chamber 31.

図5は、図4の本発明における試料室及びその周辺を上方(対物レンズ2側)から見たときの平面図である。図5は、試料の電気特性を測定するためのプローブを4本設ける場合を示しているが、プローブの本数は測定の目的により異なり、本発明はこれに限定されるわけではない。   FIG. 5 is a plan view of the sample chamber and its periphery in FIG. 4 as viewed from above (from the objective lens 2 side). FIG. 5 shows a case where four probes for measuring the electrical characteristics of the sample are provided, but the number of probes varies depending on the purpose of measurement, and the present invention is not limited to this.

次に、測定によりプローブ先端部28が変形・磨耗したプローブ27を試料室31の真空内で交換する方法について説明する。図7はプローブ交換を行う方法の概念を示す図である。あるプローブに対するプローブ交換位置20が決められている。プローブ交換位置20では、板ばね支持部材33に支持されているプローブ固定板ばね29とプローブ収納部35に取り付けられているプローブ収納板ばね30の向かい合う2枚の板ばねの方向が一致するようになっている。但し図7中のプローブホルダの向きは便宜上全て図8(b)の矢視Aの方向から見た向きに描いている。   Next, a method for exchanging the probe 27 in which the probe tip 28 is deformed and worn by measurement in the vacuum of the sample chamber 31 will be described. FIG. 7 is a diagram showing the concept of a method for exchanging probes. A probe replacement position 20 for a certain probe is determined. At the probe replacement position 20, the directions of the two leaf springs facing each other, that is, the probe fixing leaf spring 29 supported by the leaf spring support member 33 and the probe housing leaf spring 30 attached to the probe housing portion 35 are matched. It has become. However, the orientations of the probe holders in FIG. 7 are all drawn in the direction seen from the direction of arrow A in FIG.

プローブ交換手順の概略を図7に基づいて説明する。先ずプローブマウント32が移動してプローブ27がプローブ交換位置20に設定され、必要に応じてプローブホルダ34を回転させ、空のプローブ収納部35をプローブ交換位置20に移動させる。図7(a)はこの時の状態を示している。次に使用済となったプローブ27をプローブ固定板ばね29から取り外して空のプローブ収納部35に収納し、プローブホルダ34を回転させて未使用プローブ27aが収納されているプローブ収納部35aをプローブ交換位置20に移動させる。図7(b)はこの時の状態を示している。次に、未使用プローブ27aをプローブ収納部35aから取り出してプローブ固定板ばね29に装着してプローブ交換は完了する。   An outline of the probe replacement procedure will be described with reference to FIG. First, the probe mount 32 is moved and the probe 27 is set at the probe replacement position 20. The probe holder 34 is rotated as necessary to move the empty probe storage portion 35 to the probe replacement position 20. FIG. 7A shows the state at this time. Next, the used probe 27 is removed from the probe fixing plate spring 29 and stored in an empty probe storage section 35, and the probe holder 34 is rotated to probe the probe storage section 35a in which the unused probe 27a is stored. Move to exchange position 20. FIG. 7B shows the state at this time. Next, the unused probe 27a is taken out from the probe storage portion 35a and attached to the probe fixing leaf spring 29, and the probe replacement is completed.

プローブ交換を行う方法の詳細を図9に基づいて説明する。図9(a)は、使用済のプローブ27を空のプローブ収納部35に移すときの方法を示している。図9(a)において、プローブ27を挟んでいるプローブ固定板ばね29の向かい合う2枚の板ばね先端の間隔は、プローブ27を挟んでいないプローブ収納板ばね30の向かい合う2枚の板ばね先端の間隔よりも広くなっている。そのため、プローブ固定板ばね29とプローブ収納板ばね30を会合させプローブマウント32を下降させると、プローブ収納板ばね30の先端は、プローブ固定板ばね29の先端からプローブ27とプローブ収納板ばね29の間に割り込んでいく。プローブ収納板ばね30が完全にプローブ27を挟み込んだ後、プローブマウント32を上昇させてプローブ固定板ばね29とプローブ収納板ばね30を離間させると、プローブの取り外しと収納が完了する。   Details of the probe exchange method will be described with reference to FIG. FIG. 9A shows a method for transferring the used probe 27 to the empty probe storage unit 35. In FIG. 9A, the distance between the two leaf spring tips facing each other of the probe fixing leaf spring 29 sandwiching the probe 27 is the distance between the two leaf spring tips facing each other of the probe storage leaf spring 30 not sandwiching the probe 27. It is wider than the interval. Therefore, when the probe fixing plate spring 29 and the probe storage plate spring 30 are brought into association with each other and the probe mount 32 is lowered, the tip of the probe storage plate spring 30 is moved from the tip of the probe fixing plate spring 29 to the probe 27 and the probe storage plate spring 29. I will cut in between. After the probe storage leaf spring 30 has completely sandwiched the probe 27, the probe mount 32 is raised to separate the probe fixing plate spring 29 and the probe storage leaf spring 30, thereby completing the removal and storage of the probe.

図9(b)は、未使用プローブ27aをプローブマウント32の側に移す時の方法を示している。図9(b)において、プローブ27aを挟んでいるプローブ収納板ばね30の向かい合う2枚の板ばね先端の間隔は、プローブ27aを挟んでいないプローブ固定板ばね29の向かい合う2枚の板ばね先端の間隔よりも広くなっている。そのため、プローブ固定板ばね29とプローブ収納板ばね30を会合させプローブマウント32を下降させると、プローブ固定板ばね29の先端は、プローブ収納板ばね30の先端からプローブ27aと板ばねの間に割り込んでいく。プローブ固定板ばね29が完全にプローブ27aを挟み込み、プローブマウント32を上昇させてプローブ固定板ばね29とプローブ収納板ばね30を離間させると、プローブの取り出しと装着が完了する。   FIG. 9B shows a method for moving the unused probe 27a to the probe mount 32 side. In FIG. 9B, the distance between the two leaf spring tips facing each other of the probe storage leaf spring 30 sandwiching the probe 27a is the distance between the two leaf spring tips facing each other of the probe fixing leaf spring 29 not sandwiching the probe 27a. It is wider than the interval. Therefore, when the probe fixing plate spring 29 and the probe storage plate spring 30 are brought into association with each other and the probe mount 32 is lowered, the tip of the probe fixing plate spring 29 is inserted between the probe 27 a and the plate spring from the tip of the probe storage plate spring 30. Go. When the probe fixing plate spring 29 completely sandwiches the probe 27a, the probe mount 32 is raised and the probe fixing plate spring 29 and the probe storage plate spring 30 are separated from each other, the removal and mounting of the probe are completed.

ここで、例えば図9(a)から分かるように、プローブ27を挟んでいない方の向かい合う2枚の板ばね30先端が、プローブ27を挟んでいる方の向かい合う2枚の板ばね29先端の内側に入り込み、板ばね29とプローブ27との間に割り込む際に、割り込む方の板ばね30の先端が滑らかに入り込むように、プローブ27のプローブ先端部28側とその反対側の端部は、胴体部から端に向かうにつれて細くなるように形成されている。   Here, for example, as can be seen from FIG. 9A, the tips of the two leaf springs 30 facing each other not sandwiching the probe 27 are inside the tips of the two leaf springs 29 facing each other sandwiching the probe 27. The probe tip 28 side of the probe 27 and the opposite end thereof are connected to the body so that the tip of the plate spring 30 to be interrupted smoothly enters when entering between the plate spring 29 and the probe 27. It is formed so as to become thinner from the part toward the end.

次に、プローブホルダ34上のプローブ収納部35に収納されているプローブが全て使用済となった場合に、使用済プローブを未使用プローブに交換する方法について説明する。使用済プローブの交換は、プローブホルダ34を予備交換室23に移動し、予備交換室23内を大気開放してから行う。交換手順は以下のようである。先ず予備交換室23を真空状態とし、真空仕切弁24を開けて交換シャフト26の先端部を試料室内に移動させ、プローブホルダ34と連結させる。交換シャフト26を予備交換室23側に移動させると、図6の平面図に示すように、プローブホルダ34は予備交換室23に移動する。再び真空仕切弁24を閉じて予備交換室23を大気開放すれば、プローブ交換を行うことができる。   Next, a method of replacing a used probe with an unused probe when all the probes stored in the probe storage unit 35 on the probe holder 34 are used will be described. Replacement of the used probe is performed after the probe holder 34 is moved to the spare exchange chamber 23 and the inside of the spare exchange chamber 23 is opened to the atmosphere. The exchange procedure is as follows. First, the preliminary exchange chamber 23 is evacuated, the vacuum gate valve 24 is opened, the tip of the exchange shaft 26 is moved into the sample chamber, and the probe holder 34 is connected. When the exchange shaft 26 is moved to the spare exchange chamber 23 side, the probe holder 34 moves to the spare exchange chamber 23 as shown in the plan view of FIG. If the vacuum gate 24 is closed again and the preliminary exchange chamber 23 is opened to the atmosphere, the probe can be exchanged.

上記した実施の形態では、プローブホルダ34上に試料を載置する構成としているが、必ずしもプローブ収納部と試料が同じホルダ上にある必要は無く、例えば、プローブホルダ34にはプローブ収納部のみを構成しておき、プローブ交換の時のみ試料ホルダと交換してプローブ交換を行うようにしても良い。また、例えば、試料とプローブ収納部を同時に試料室内に置き、且つ別々に予備交換室23に移動可能なように構成しても良い。但し、プローブ交換にかかる時間をより短縮するためには、プローブ収納部と試料が同じホルダ上にあることが望ましい。   In the above-described embodiment, the sample is placed on the probe holder 34. However, the probe storage portion and the sample are not necessarily on the same holder. For example, the probe holder 34 includes only the probe storage portion. The probe may be replaced by replacing the sample holder only when the probe is replaced. Further, for example, the sample and the probe storage unit may be placed in the sample chamber at the same time and separately moved to the spare replacement chamber 23. However, in order to further shorten the time required for probe replacement, it is desirable that the probe storage unit and the sample are on the same holder.

また、上記した実施の形態では、プローブホルダ34を試料交換に使用する予備交換室23に移動可能な構成としているが、必ずしも試料交換のための予備交換室と兼用で使用する必要は無く、試料交換のためとプローブ交換のための予備交換室を別々に備えていても良い。但し、試料交換のための予備交換室と兼用で使用する構成とすれば、試料室に予備交換室を設けるスペースと製造コストの節約が図れるという利点がある。   In the above-described embodiment, the probe holder 34 is configured to be movable to the spare exchange chamber 23 used for sample exchange. However, the probe holder 34 is not necessarily used as the spare exchange chamber for sample exchange. A spare exchange chamber for exchange and probe exchange may be provided separately. However, if the configuration is also used as a spare exchange chamber for exchanging samples, there is an advantage that the space for providing the spare exchange chamber in the sample chamber and the manufacturing cost can be saved.

以上説明したように、本発明によれば、予備交換室23はプローブホルダ34を収容できるだけの大きさであれば良いので、従来技術の予備交換室3に比較して格段に小さくすることができる。そのため、製造コストの削減し、真空排気時間の短縮、操作性の向上を図ることができる。また、一度に多数本の未使用プローブをプローブホルダ34上に準備しておくことができるので、測定途中でプローブを交換する必要が生じた場合にも、試料室31内の真空を保持したまま迅速にプローブ交換を行うことができるので、測定の効率を大幅に向上させることが可能となる。   As described above, according to the present invention, the spare exchange chamber 23 only needs to be large enough to accommodate the probe holder 34, so that it can be made much smaller than the spare exchange chamber 3 of the prior art. . Therefore, the manufacturing cost can be reduced, the evacuation time can be shortened, and the operability can be improved. In addition, since a large number of unused probes can be prepared on the probe holder 34 at a time, the vacuum in the sample chamber 31 is maintained even when the probe needs to be replaced during the measurement. Since probe replacement can be performed quickly, the measurement efficiency can be greatly improved.


従来技術における走査電子顕微鏡の試料室及びその周辺の概略構成を示す縦断面図。The longitudinal cross-sectional view which shows schematic structure of the sample chamber of the scanning electron microscope in a prior art, and its periphery. 従来技術における走査電子顕微鏡の試料室及びその周辺の概略構成を示す平面図。The top view which shows schematic structure of the sample chamber of the scanning electron microscope in a prior art, and its periphery. 従来技術において予備交換室にマニピュレータを移動した状態を示す平面図。The top view which shows the state which moved the manipulator to the reserve replacement | exchange chamber in a prior art. 本発明における走査電子顕微鏡の試料室及びその周辺の概略構成を示す断面図。Sectional drawing which shows schematic structure of the sample chamber of the scanning electron microscope in this invention, and its periphery. 本発明における走査電子顕微鏡の試料室及びその周辺の概略構成を示す平面図。The top view which shows schematic structure of the sample chamber of the scanning electron microscope in this invention, and its periphery. 本発明おいて予備交換室に試料ホルダを移動した状態を示す平面図。The top view which shows the state which moved the sample holder to the preliminary exchange chamber in this invention. 本発明においてプローブ交換を行う手順の概略を説明するための図。The figure for demonstrating the outline of the procedure which performs probe replacement | exchange in this invention. 本発明において測定可能状態に保持されたプローブとプローブ収納部に収納されている状態のプローブを示す斜視図。The perspective view which shows the probe of the state accommodated in the probe hold | maintained in the measurable state in this invention, and a probe accommodating part. 本発明において真空中でプローブ交換を行う方法の詳細を説明するための図。The figure for demonstrating the detail of the method of exchanging a probe in a vacuum in this invention.

符号の説明Explanation of symbols

(同一または類似の動作を行うものには共通の符号を付す。)
EB 電子線(荷電粒子線)
1、31 試料室 2 対物レンズ
3、23 予備交換室 4、24 真空仕切弁
5 Z軸移動・傾斜用ステージ 6 Y軸移動ステージ
7 X軸移動ステージ 8 マニピュレータ基台
9 X軸移動機構 10 Y軸移動機構
11 Z軸移動機構 12、32 プローブマウント
13 プローブ取付け部材 14 試料ホルダ
15 試料 16、26 交換用シャフト
18、38 マニピュレータ
20 プローブ交換位置 25 回転機構
27、27a プローブ 28 プローブ先端部
29 プローブ固定板ばね 30 プローブ収納板ばね
33 板ばね支持部材 34 プローブホルダ
34a プローブ先端収納穴 35 プローブ収納部
(Those that perform the same or similar operations are denoted by a common reference.)
EB electron beam (charged particle beam)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 31 Sample chamber 2 Objective lens 3, 23 Preliminary exchange chamber 4, 24 Vacuum gate valve 5 Z-axis movement / tilting stage 6 Y-axis movement stage 7 X-axis movement stage 8 Manipulator base 9 X-axis movement mechanism 10 Y-axis Moving mechanism 11 Z-axis moving mechanism 12, 32 Probe mount 13 Probe mounting member 14 Sample holder 15 Sample 16, 26 Replacement shaft 18, 38 Manipulator 20 Probe replacement position 25 Rotating mechanism 27, 27a Probe 28 Probe tip 29 Probe fixing plate Spring 30 Probe storage leaf spring
33 Leaf spring support member 34 Probe holder 34a Probe tip storage hole 35 Probe storage section

Claims (6)

試料室と連通する予備交換室との間で試料ホルダを移動可能な移動機構を有し、且つ前記試料ホルダ上の試料に接触させるプローブを保持し移動させるマニピュレータを前記試料室内に備えた荷電粒子ビーム装置において、
前記マニピュレータに設けられ前記プローブを着脱可能に支持するプローブ支持手段と、使用済みプローブを収納する第1のプローブ収納部と未使用プローブを収納する第2のプローブ収納部を有するプローブホルダを備え、
前記プローブ支持手段と前記第1のプローブ収納部と前記第2のプローブ収納部は向かい合う一組の板ばねからなり、前記プローブを挟んでいる方の向かい合う一組の板ばね先端の間隔が、前記プローブを挟んでいない方の向かい合う一組の板ばね先端の間隔よりも広くなるように構成され、
前記試料室内の真空を保持した状態で、前記プローブ支持手段を前記第1又は第2のプローブ収納部に対して会合・離間させることにより、前記使用済プローブを前記プローブ支持手段から取り外して前記第1のプローブ収納部へ収納し、前記未使用プローブを前記第2のプローブ収納部から取り出して前記プローブ支持手段に装着するようにしたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
A charged particle having a moving mechanism capable of moving the sample holder between the sample chamber and a preliminary exchange chamber communicating with the sample chamber, and a manipulator for holding and moving the probe contacting the sample on the sample holder. In the beam device,
A probe holder provided on the manipulator for removably supporting the probe; a probe holder having a first probe storage section for storing a used probe; and a second probe storage section for storing an unused probe;
The probe support means, the first probe storage portion, and the second probe storage portion are composed of a pair of leaf springs facing each other, and an interval between the pair of leaf spring tips facing each other across the probe is It is configured to be wider than the distance between the pair of leaf spring tips facing each other that do not sandwich the probe,
In a state where the vacuum in the sample chamber is maintained, the probe support means is associated / separated with respect to the first or second probe storage portion, thereby removing the used probe from the probe support means. A charged particle beam apparatus, wherein the charged particle beam apparatus is stored in one probe storage section, and the unused probe is taken out from the second probe storage section and attached to the probe support means.
前記プローブホルダは、前記移動機構により前記試料室と連通する前記予備交換室との間で移動可能であることを特徴とする請求項1に記載の荷電粒子ビーム装置。 2. The charged particle beam apparatus according to claim 1, wherein the probe holder is movable between the preliminary exchange chamber communicated with the sample chamber by the moving mechanism. 3. 前記プローブホルダ上に前記試料を載置可能な構成となっていることを特徴とする請求項1乃至2に記載の荷電粒子ビーム装置。 The charged particle beam apparatus according to claim 1, wherein the sample can be placed on the probe holder. 前記第1のプローブ収納部と前記第2のプローブ収納部は、前記プローブホルダ上の外周近傍に配置されていることを特徴とする請求項1乃至3に記載の荷電粒子ビーム装置。 4. The charged particle beam apparatus according to claim 1, wherein the first probe storage portion and the second probe storage portion are arranged in the vicinity of an outer periphery on the probe holder. 5. 前記プローブ支持手段との間で前記使用済プローブ及び前記未使用プローブの取り外し及び装着を行う位置に前記第1のプローブ収納部と前記第2のプローブ収納部を移動させる手段は、前記試料ホルダの中心を回転中心として前記試料ホルダを回転させる手段であることを特徴とする請求項1乃至4に記載の荷電粒子ビーム装置。 The means for moving the first probe storage portion and the second probe storage portion to a position for removing and mounting the used probe and the unused probe between the probe support means, The charged particle beam apparatus according to claim 1, wherein the charged particle beam apparatus is a means for rotating the sample holder with the center as a rotation center. 前記プローブは、その胴体部から前記プローブ先端部が支持される端部とその反対側の端部に向かうにつれて細くなるように形成されていることを特徴とする請求項1乃至5に記載の荷電粒子ビーム装置。
6. The charging according to claim 1, wherein the probe is formed so as to become thinner from an end portion of the body portion toward an end portion where the tip portion of the probe is supported and an opposite end portion thereof. Particle beam device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009156676A (en) * 2007-12-26 2009-07-16 Tokyo Cathode Laboratory Co Ltd Substrate inspecting apparatus
US8689360B2 (en) 2011-10-26 2014-04-01 Samsung Electronics Co., Ltd. Probe head scanning probe microscope including the same
TWI801243B (en) * 2021-05-21 2023-05-01 日商日立全球先端科技股份有限公司 Sample inspection device

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