JP2011165478A - 荷電粒子線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外部音に起因する荷電粒子線の照射部位の揺れを低減する。
【解決手段】本発明に係る荷電粒子線装置は、荷電粒子源および試料ステージを包囲するカバーと、カバー内面の少なくとも一部の位置または配置角度を変更する機構を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、荷電粒子線装置に関する。

走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）、集束イオンビーム（ＦＩＢ）装置などの荷電粒子線装置は、試料を観察する際の観察像やイオンビームの高分解能化が進んでいる。そのため、床振動や環境騒音による観察像の揺れを低減することが重要な課題となっている。

従来は、床振動に対して除振マウントやアクティブ除振ダンパを設けることにより、筺体に作用する振動を低減している。また、環境騒音に対しては、荷電粒子線装置を包囲して覆うようにカバーを設置し、筺体に作用する音圧を低減している。

下記特許文献１では、荷電粒子線装置を内側カバーと外側カバーの２重カバーで覆うことにより環境騒音を低減し、筺体に作用する音圧の低減を図っている。

下記特許文献２では、荷電粒子線装置をカバーで覆い、カバー内面に防塵繊維で包囲された吸音材または制振材を取り付けることにより、環境騒音を吸音し、筺体に作用する音圧の低減を図っている。

特開平８−３２９８７４号公報 特開２００６−７９８７０号公報

上記特許文献１〜２では、２重カバーやカバーへの吸音材取付によって環境騒音の低減を図っているが、カバーを設置すると、一般にカバー内部でカバー寸法に起因する音響的なモードが発生する。

音響モードを低減するためには、一般的に吸音材が用いられるが、発生する音響モードの周波数が低い場合には、吸音材では音響モードを低減しきれずに音響モードが残ってしまう場合がある。そのため、カバーや吸音材で吸遮音しているにも関わらず、カバー内部で特定の周波数の音圧が下がらず、その周波数において荷電粒子線装置本体が加振されて観察像が揺れる場合があった。

また、荷電粒子線装置本体が音響モードの音圧振幅の腹部分（振幅ピーク部分）に相当する位置に設置されており、さらにその周波数近傍に荷電粒子線装置本体の固有振動周波数が存在している場合には、共振現象によってさらに観察像の揺れが増大する可能性があった。

上記のような揺れは、観察像を取得する電子顕微鏡のみならず、荷電粒子線の照射位置を微細に調整する必要のある荷電粒子線装置に共通する課題である。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、外部音に起因する荷電粒子線の照射部位の揺れを低減することを目的とする。

本発明に係る荷電粒子線装置は、荷電粒子源および試料ステージを包囲するカバーと、カバー内面の少なくとも一部の位置または配置角度を変更する機構を備えている。

本発明に係る荷電粒子線装置によれば、カバー内面の位置または配置角度を変更することにより、音響モードの要因となっている、カバー内面間の配置関係を変更する。これにより、荷電粒子線の照射位置に影響を及ぼす音響モードを低減することができる。

実施の形態１に係る荷電粒子線装置１００の側断面図である。 荷電粒子線装置１００がクリーンルーム等に設置された場合において、環境騒音によりカバー７内に音響モード１３が生じている様子を示す。 図１に示す右側の移動カバー８の側断面図である。 実施の形態２に係る移動カバー８の側断面図である。 実施の形態３に係る移動カバー８の側断面図である。 実施の形態４に係る移動カバー８の側断面図である。 実施の形態５に係る移動カバー８の側断面図である。 実施の形態６に係る移動カバー８および周辺部材等の側断面図である。 実施の形態７に係る移動カバー８および周辺部材等の側断面図である。 実施の形態８に係る移動カバー８および周辺部材等の側断面図である。 移動カバー８がカバー７の内壁面に占める面積と、移動カバー８を移動させることによる特定周波数の音圧低減率との関係を示す図である。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る荷電粒子線装置１００の側断面図である。荷電粒子線装置１００は、荷電粒子源１、カラム２、試料室３、防振台６、カバー７を備える。カラム２は試料室３の上部に取り付けられ、内部には荷電粒子源１が配置されている。試料室３の内部には、試料５を載置する試料ステージ４が配置されている。試料室３は、防振台６によって架台１０に固定されている。カバー７は、荷電粒子線装置１００を包囲して覆うように設置され、外部音をカラム２、試料室３などから遮っている。

カバー７の内面の一部は、移動カバー８になっている。移動カバー８は、移動カバー８の対向面間の距離を変更するように、移動させることができる機構を有する。移動カバー８は、カバー７の内面に固定されているガイド１１と固定部材１２によって、カバー７に取り付けられている。カバー７と移動カバー８の間の隙間は、カバー７に固定された補足カバー９によって埋められている。

以上、荷電粒子線装置１００の構成について説明した。次に、移動カバー８によって音響モードを低減する原理について説明する。

一般に、荷電粒子線装置は、荷電粒子源から発生する荷電粒子線を試料に照射し、電子顕微鏡の場合は試料から生じる２次電子の強度に基づき観察像を取得し、集束イオンビーム装置の場合は試料をイオンビームによって加工等する。

荷電粒子線は、カラム２上部の荷電粒子源１から出力され、カラム２の内部を通過して、真空に保たれた試料室３内の試料ステージ４上に固定された試料５に照射される。電子顕微鏡の場合、試料５から検出された２次電子の強度は、照射位置の座標とその座標における２次電子強度に対応した濃淡として画像化される。

音圧などの外乱振動により荷電粒子線装置１００が加振されると、カラム２と試料５の相対運動により観察像が揺れる現象が生じる。そのため、観察像の高分解能化を図るには、阻害要因である外乱振動を抑制する必要がある。これは、集束イオンビーム装置のビーム照射位置を微細制御する場合においても同様である。以下では、電子顕微鏡を例にとって説明するが、本発明の原理はその他の荷電粒子装置にも適用することができる。

図２は、荷電粒子線装置１００がクリーンルーム等に設置された場合において、環境騒音１４によりカバー７内に音響モード１３が生じている様子を示す。図２に示すように、環境騒音１４の一部はカバーによって遮断されるが、一部はカバー７内に透過する。透過音１５によって形成されるカバー７内の音場には、カバー７の寸法に応じて音響モード１３が発生する。

音響モード１３の音圧の腹に相当する部分（振幅ピーク部分）において、音響モード１３の音圧が最も高くなる。この位置に荷電粒子線装置１００本体、例えばカラム２や試料室３が配置されていると、音圧の加振力に応じて観察像の揺れも大きくなる。また、荷電粒子線装置１００本体の固有振動周波数が音響モード１３の周波数と一致すると、共振現象によりさらに振動が増大する可能性がある。

音響モード１３は、カバー７の対向するカバー面が平行である場合に共鳴する。音響モード１３の音圧が高くなる位置および周波数は、カバー平行面間の距離によって定まる。一般に、カバー７内の音響モード１３および荷電粒子線装置１００の固有振動モードは複数存在する。そのため、複数の周波数において共振現象による観察像の揺れが生じる可能性がある。カバー７内の音響モード１３による音圧の大きさは環境騒音によって変化するため、観察像の揺れの原因となる周波数もそれに合わせて変化する。

音響モード１３は、カバー７の平行面による共鳴が重なり合って形成される。そこで、観察像の揺れの要因となる共鳴に対して支配的な平行面間の距離を変えて共鳴周波数をずらし、荷電粒子線装置１００と音響モード１３が共振する現象を避ける。これにより、観察像の揺れを低減することができる。

荷電粒子線装置１００を設置している環境の音響特性が変化して場合も、同様に観察像の揺れの要因となる共鳴周波数を荷電粒子線装置１００の固有振動周波数からずらし、荷電粒子線装置１００と音響モード１３が共振する現象を避ける。これにより、観察像の揺れを低減することができる。

また、音響モード１３の腹部分の位置は、カバー７の平行面間の距離、平行面の位置によって定まる。したがって、平行面間の距離や平行面の位置を変えることにより、音響モード１３の腹部分の位置を荷電粒子線装置１００本体、例えばカラム２や試料室３の位置からずらすことができる。また、音響モード１３の音圧が高くなる部分を荷電粒子線装置１００本体からずらすこともできる。

カバー７の平行面間の距離を変えるためには、移動カバー８を移動させ、カバー７内部の対向する平行面間の距離を変更すればよい。移動カバー８は、カバー７の対向する面の双方に設けてもよいし、一方のみに設けてもよい。さらには、３つ以上の移動カバー８を設けてもよい。

図３は、図１に示す右側の移動カバー８の側断面図である。音響モード１３の周波数や腹部分の位置に応じて、移動カバー８を、カバー７の内面に固定されているガイド１１に沿って移動させ、固定部材１２によって固定する。環境騒音がカバー７と移動カバー８の間からカバー７内に進入することを防ぐため、カバー７と移動カバー８の隙間を埋めるようにして補足カバー９が設けられている。

移動カバー８を移動させるパターンとして、以下の（パターン１）〜（パターン５）が考えられる。

（移動パターン１）２面を近付ける
対向する移動カバー８の双方を、荷電粒子線装置１００本体、例えば試料室３、荷電粒子源１、カラム２などに近づける向きに移動させる。これにより、移動カバー８間の距離が狭まり、カバー７内部の音響モード１３の周波数が上がり、荷電粒子線装置１００の固有振動周波数からずらすことができる。

（移動パターン２）２面を遠ざける
対向する移動カバー８の双方を、荷電粒子線装置１００本体から遠ざける向きに移動させる。これにより、移動カバー８間の距離が広がり、カバー７内部の音響モード１３の周波数が下がり、荷電粒子線装置１００の固有振動周波数からずらすことができる。

（移動パターン３）２面を同じ向きに移動させる
対向する移動カバー８の双方を、同じ向き、例えば図１の左向きに移動させる。これにより、音響モード１３の腹部分の位置を、荷電粒子線装置１００本体からずらすことができる。また、２つの移動カバー８の移動量を変えることにより、移動カバー８間の距離が変化し、音響モード１３の周波数を変えることもできる。

（移動パターン４）１面を近付ける
いずれか１の移動カバー８を、荷電粒子線装置１００に近づける向きに移動させる。これにより、音響モード１３の腹部分の位置を荷電粒子線装置１００本体からずらし、さらに音響モード１３の周波数を変えることもできる。

（移動パターン５）１面を遠ざける
いずれか１の移動カバー８を、荷電粒子線装置１００から遠ざける向きに移動させる。これにより、音響モード１３の腹部分の位置を荷電粒子線装置１００本体からずらし、さらに音響モード１３の周波数を変えることもできる。

以上のように、本実施の形態１によれば、移動カバー８の位置を変更することにより、音響モード１３の周波数を変更し、荷電粒子線装置１００本体と音響モード１３の共振現象を回避することができる。また、音響モード１３の腹部分の位置を荷電粒子線装置１００本体の位置からずらすことができる。これにより、音圧に起因する観察像の揺れを低減することができる。

＜実施の形態２＞
図４は、本発明の実施の形態２に係る移動カバー８の側断面図である。本実施の形態２において、移動カバー８は、カバー７に固定されたスタッド１６に２つずつ取り付けられているナット１７に両面を挟まれて取り付けられている。ナット１７を回転させると、ナット１７に挟まれている移動カバー８をスタッド１６に沿って移動させることができる。補足カバー９は、カバー７と移動カバー８の隙間を埋めるようにしてカバー７に固定されている。

＜実施の形態３＞
図５は、本発明の実施の形態３に係る移動カバー８の側断面図である。本実施の形態３において、ガイドローラ１９は、カバー７に固定されたガイドレール１８上に取り付けられている。

移動カバー８は、ガイドローラ１９に固定されているため、ガイドローラ１９とともにガイドレール１８に沿って移動することができる。ガイドレール１８、ガイドローラ１９、移動カバー８は、固定部材２０によって固定される。補足カバー９は、カバー７と移動カバー８の隙間を埋めるようにしてカバー７に固定されている。

＜実施の形態４＞
図６は、本発明の実施の形態４に係る移動カバー８の側断面図である。本実施の形態４において、移動カバー８は回転支持部材２１を介してカバー７に回転自在に取り付けられている。補足カバー９は、カバー７と移動カバー８の隙間を埋めるようにしてカバー７に固定されている。

本実施の形態４によれば、移動カバー８を回転させることにより、対向する移動カバー８間の平行面の配置関係を変更し、さらには移動カバー８間の距離を変更し、音響モード１３の周波数を変更することができる。また、回転によって移動カバー８の位置が変わるので、音響モード１３の腹部分の位置を荷電粒子線装置１００本体からずらすことができる。

＜実施の形態５＞
図７は、本発明の実施の形態５に係る移動カバー８の側断面図である。本実施の形態５では、実施の形態１〜４とは異なり、移動カバー８の外側にもカバー７が配置され、２重カバーを構成している。これにより、カバー７の内側に環境騒音が進入することを確実に防止できる。なお、本実施の形態５において、移動カバー８を移動させる機構として、実施の形態１〜４で説明したいずれの機構を用いることもできる。

＜実施の形態６＞
図８は、本発明の実施の形態６に係る移動カバー８および周辺部材等の側断面図である。移動カバー８の一端はガイドローラ１９に固定されている。ガイドローラ１９はガイドレール１８に取り付けられている。ガイドレール１８はカバー７に固定されている。移動カバー８の他端は送りナット２３に固定されている。送りナット２３は送りネジ２４に取り付けられている。補足カバー９は、カバー７と移動カバー８の隙間を埋めるようにしてカバー７に固定されている。

モータ２２は、支持部品２５を介してカバー７に固定されている。モータ２２を駆動することにより、送りナット２３が送りネジ２４に沿って目的位置まで移動し、移動カバー８を自動的に移動させることができる。

本実施の形態６において、移動カバー８を移動させる機構は、必ずしも図７に示したものに限られるものではなく、その他の任意の機構を採用することができる。また、移動カバー８を移動させる機構を駆動する駆動装置として、モータ２２以外の手段を採用することもできる。

以上のように、本実施の形態６によれば、モータ２２を駆動することにより、移動カバー８の位置や配置角度を手作業で調整することに代えて、遠隔から自動的に移動カバー８を移動させることができる。

＜実施の形態７＞
図９は、本発明の実施の形態７に係る移動カバー８および周辺部材等の側断面図である。本実施の形態７では、実施の形態６で説明した構成に加え、新たに制御回路２６、第１検出器２７、演算回路２８を備える。

第１検出器２７は、荷電粒子線の照射位置に揺れが生じた旨、または荷電粒子線の照射位置に揺れを生じさせる振動が発生した旨を検出する。例えば、カラム２、試料室３などに、振動センサとして構成された第１検出器２７を配置し、これらに振動が生じた旨を検出する。その他、試料５の観察像を得ているときは、観察像そのものの揺れを画像処理などによって検出するように、第１検出器２７を構成することもできる。その他任意の構成を用いることもできる。

演算回路２８は、第１検出器２７の検出結果に基づき、制御回路２６がモータ２２を駆動する際のパラメータを算出し、そのパラメータにしたがって制御回路２６にモータ２２を駆動させる。詳細は後述する。

制御回路２６は演算回路２８の算出結果を取得し、これに基づきモータ２２を駆動して移動カバー８の位置または配置角度を変化させる。これにより、音響モード１３の周波数を荷電粒子線装置１００の固有振動周波数からずらし、または音響モード１３の腹部分の位置を荷電粒子線装置１００本体の位置からずらす。

演算回路２８は、制御回路２６がモータ２２を駆動する際の電圧値や電圧印加時間、すなわち移動カバー８をどの方向にどの程度動かすかを、例えば以下のように算出することができる。

（モータ２２の駆動パラメータ算出方法その１）
第１検出器２７が検出した振動量または観察像の揺れ量と、制御回路２６がモータ２２を駆動する際の電圧値などのパラメータとの対応関係、またはこれらパラメータを算出する際に用いる補助パラメータ等を、あらかじめデータとして適当な記憶装置に記憶させておく。演算回路２８は、このデータが定義する上記対応関係に基づき、モータ２２を駆動するパラメータを算出する。

（モータ２２の駆動パラメータ算出方法その２）
演算回路２８は、第１検出器２７が観察像の揺れ、振動などを検出すると、モータ２２を所定範囲内で駆動させ、第１検出器２７が検出する観察像の揺れまたは振動が最小となる移動カバー８の位置または配置角度を探索する。揺れまたは振動が最小となった位置における駆動パラメータを、最終的な駆動パラメータとする。

以上のように、本実施の形態７によれば、実際に生じた観察像の揺れ、音圧振動などに基づき、移動カバー８の位置または配置角度を自動的かつ最適に調整することができる。これにより、作業者が移動カバー８の位置や配置角度を微調整するなどの作業負担を低減することができる。

＜実施の形態８＞
図１０は、本発明の実施の形態８に係る移動カバー８および周辺部材等の側断面図である。本実施の形態８では、実施の形態７で説明した構成に加え、新たに第２検出器３０を備える。

第２検出器３０は、カバー７内に生じる音響モード１３を検出する。演算回路２８は、第１検出器２７が観察像の揺れ、振動などを検出するとともに、第２検出器３０が音響モード１３を検出したとき、実施の形態７で説明したように、モータ２２の駆動パラメータを算出する。制御回路２６は、その駆動パラメータにしたがってモータ２２を駆動して移動カバー８を移動させる。いずれか一方の検出器のみがそれぞれの検出対象を検出した時点では、モータ２２を駆動させない。

なお、実施の形態７〜８において、第１検出器２７、第２検出器３０、制御回路２６、演算回路２８に相当する機能を、マイコンやＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などの演算装置とその動作を規定するソフトウェアによって実現することもできる。

本実施の形態８において、荷電粒子線の照射位置が音響モード１３以外の要因、例えば機器の動作に伴う振動などによってずれたときは、第２検出器３０は音響モード１３を検出していない。このとき、演算回路２８および制御回路２６は、モータ２２を駆動させない。これにより、音響モード１３以外の要因でずれが生じたにもかかわらず、移動カバー８を誤って移動させて音響モード１３を誤調整してしまうような状況を発生しにくくすることができる、

＜実施の形態９＞
図１１は、移動カバー８がカバー７の内壁面に占める面積と、移動カバー８を移動させることによる特定周波数の音圧低減率との関係を示す図である。図１１右図はカバー７のある１面の内壁全体を移動カバー８として構成した場合の音圧低減率を示す。図１１左図はカバー７の同じ面の内壁面積の２１％を移動カバー８として構成した場合の音圧低減率を示す。

カバー７の内側面の２１％を移動カバー８とした場合でも、カバー７の内側面全体を移動カバー８とした場合と比較して、約３分の１程度の音圧低減効果を発揮することができていることが分かる。すなわち、カバー７の内側面の一部のみを移動カバー８とした場合でも、効果的に音圧を低減することができるといえる。

１：荷電粒子源、２：カラム、３：試料室、４：試料ステージ、５：試料、６：防振台、７：カバー、８：移動カバー、９：補足カバー、１０：架台、１１：ガイド、１２：固定部材、１３：音響モード、１４：環境騒音、１５：透過音、１６：スタッド、１７：ナット、１８：ガイドレール、１９：ガイドローラ、２０：固定部材、２１：回転支持部材、２２：モータ、２３：送りナット、２４：送りネジ、２５：支持部品、２６：制御回路、２７：第１検出器、３０：第２検出器、１００：荷電粒子線装置。

Claims (7)

1. 荷電粒子線を出力する荷電粒子源と、
   前記荷電粒子線を照射する試料を配置する試料室と、
   前記荷電粒子源および前記試料室を包囲して音を遮るカバーと、
   を備え、さらに、
   前記カバーの内面の少なくとも一部の位置または配置角度を変更する機構を備えた
   ことを特徴とする荷電粒子線装置。
2. 前記機構は、前記カバーの内面のうち対向する２面の少なくともいずれかの位置または配置角度を変更するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
3. 前記機構は、
   前記カバーの内面のうち対向する２面間の距離、または、
   前記カバーの内面の対向する２面の少なくともいずれかと前記試料室もしくは前記荷電粒子源との配置関係を変更するように構成されている
   ことを特徴とする請求項２記載の荷電粒子線装置。
4. 前記機構は、
   前記カバーの内面のうち対向する２面の双方を前記試料室または前記荷電粒子源に近づける向きに移動させ、
   前記カバーの内面のうち対向する２面の双方を前記試料室または前記荷電粒子源から遠ざける向きに移動させ、
   前記カバーの内面のうち対向する２面の双方を同じ向きに移動させ、
   前記カバーの内面のうち対向する２面のうちいずれか一方を前記試料室または前記荷電粒子源に近づける向きに移動させ、または、
   前記カバーの内面のうち対向する２面のうちいずれか一方を前記試料室または前記荷電粒子源から遠ざける向きに移動させる
   ことを特徴とする請求項３記載の荷電粒子線装置。
5. 前記機構を駆動する駆動装置を備えたことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
6. 前記荷電粒子線の照射部位に揺れが生じている旨、または前記荷電粒子線の照射部位に揺れを生じさせる振動が生じている旨を検出する第１検出部と、
   前記揺れまたは前記振動が最小となる、前記カバーの内面の少なくとも一部の位置または配置角度を、前記第１検出器が検出する揺れまたは振動に基づき算出する演算部と、
   を備え、
   前記演算部は、前記算出の結果にしたがって前記駆動装置を駆動し、前記カバーの内面の少なくとも一部の位置または配置角度を変更する
   ことを特徴とする請求項５記載の荷電粒子線装置。
7. 前記カバーの内面間で反射する音を検出する第２検出器を備え、
   前記演算部は、
   前記音を前記第２検出器が検出し、かつ、前記荷電粒子線の照射部位に揺れが生じている旨または前記荷電粒子線の照射部位に揺れを生じさせる振動が生じている旨を前記第１検出器が検出したときは、
   前記算出の結果にしたがって前記駆動装置を駆動する
   ことを特徴とする請求項６記載の荷電粒子線装置。

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