JP2596442Y2 - 表面分析装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、表面分析装置に関し、
特に表面分析装置の試料を保持する試料ステージの機構
に関する。

【０００２】

【従来の技術】表面分析装置は、電子線等の荷電粒子の
プローブを試料表面に照射することにより、試料の原子
配列，結晶構造，化学組成等の試料の表面状態を観察す
るものであり、生体分野、半導体分野等の各種の分野に
応用されている。

【０００３】プローブとして例えば電子線を用いる場合
の表面分析装置は、そのプローブを発生する電子銃、電
子銃から放出された電子線を試料表面に収束させる電子
レンズ、軸調整のための偏向装置、試料を保持する試料
ホルダ、試料中の分析位置を調整する試料ステージ、試
料からの電子線やＸ線を検出する検出器等を装置の構成
要素としており、また、その他走査を行う装置では走査
装置を有している。

【０００４】前記電子レンズを構成する一つとして対物
レンズがあり、この対物レンズは試料に対向して配置さ
れ、試料ステージ上の試料ホルダに保持された試料に電
子線が収束するように照射している。一般に、表面分析
装置では、その表面分析装置の各種の構成部分が発生す
る振動や、表面分析装置以外から伝達してくる振動のた
めに対物レンズと試料ステージとの間の相対的位置が変
動して、対物レンズから照射される電子線の試料上にお
ける位置が変動する場合がある。この試料上の電子線の
照射位置の変動は、分析位置の誤差を生じさせることに
なる。

【０００５】従来、装置の各所にダンパー等の振動防止
材を設置したり、対物レンズを試料ステージに直接に接
触させ、試料ステージを対物レンズに機械的に固定する
といった処置により、試料の観察位置を固定して振動に
よる影響を防止することが行われている。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
表面分析装置においては、 （１）ダンパー等の振動防止材では充分に振動を除去す
ることができないという問題点があり、また、（２）試
料ステージを対物レンズに機械的に固定するものにおい
ては、対物レンズ及び試料ステージに対して負荷がかか
り、場合によっては対物レンズが機械的に変形してレン
ズの軸がずれるという問題点がある。また、試料を移動
する場合には、試料ステージの対物レンズへの固定を解
除する必要があり、操作に時間がかかるという問題点も
ある。

【０００７】そこで、本考案は前記従来の表面分析装置
の問題点を解決して、試料ステージと対物レンズの相対
的な移動を除去して、分析位置の変動を除去した表面分
析装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本考案は、対物レンズと
試料ステージが対向して配置されている表面分析装置に
おいて、その対物レンズと試料ステージの間に磁場を形
成する磁場形成手段を設け、その磁場形成手段により形
成される磁場によって対物レンズと試料ステージの間に
磁力を生じさせ、さらにその磁力によって対物レンズと
試料ステージの間に相互作用を与えて両者の相対移動を
減少させることにより、前記目的を達成する。

【０００９】本考案において、磁場形成手段は対物レン
ズと試料ステージの間に磁場を形成する機能を有する手
段であり、例えば、永久磁石や電磁石等を用いて構成す
ることができる。また、磁場形成手段により対物レンズ
と試料ステージの間に与えられる相互作用は、磁力によ
る吸引力あるいは反発力を利用するものであり、対物レ
ンズと試料ステージの両者を同一の方向に移動させるも
のである。

【００１０】

【作用】本考案によれば、前記の構成によって、表面分
析装置の対物レンズと試料ステージの間に磁場を形成す
る磁場形成手段を設け、その磁場形成手段により形成さ
れる磁場によって対物レンズと試料ステージの間に磁力
を生じさせ、さらにその磁力により対物レンズと試料ス
テージの間に両者の相対移動を減少させる相互作用を与
えることができ、これにより、試料ステージと対物レン
ズの相対的な移動を除去して、分析位置の変動を除去す
ることができる。

【００１１】

【実施例】以下、本考案の実施例について図を参照しな
がら詳細に説明する。

【００１２】図１は、本考案の表面分析装置における試
料ステージの機構ブロック図である。なお、図１の表面
分析装置では、試料ステージの機構にかかわる構成のみ
を示し、その他の表面分析装置の通常の構成であるため
省略している。また、図示される構成は本考案の表面分
析装置の一構成例であって、この構成に限定されるもの
ではなく、例えば電子線以外のプローブにより行う表面
分析装置に適用することも可能である。以下、電子線を
プローブとした表面分析装置を例にして説明する。

【００１３】図１の表面分析装置における試料ステージ
の機構において、図示していない試料に対して電子銃２
から電子線が照射される。電子線は、対物レンズ４を含
む電子レンズ３により収束される。対物レンズ４は、試
料を保持する試料ステージ６に直接対向する位置にあ
り、該試料ステージ６とある一定の距離を隔てて非接触
状態に保持されている。試料ステージ６は、試料を直接
保持する試料ホルダ５を前記対物レンズ４に対向する位
置に持ち、電子銃２からの電子線が試料に照射されるよ
うに試料を位置決めしている。そして、この試料ステー
ジ６はベース８に対して、例えば試料ステージ支持機構
７によりＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能であり、試料
上の分析位置の設定や変更を行うことができる。

【００１４】１は磁場形成手段であり、その磁場形成手
段の形成する磁場によって対向配置された対物レンズ４
と試料ステージ６との間に磁力を発生させることにより
それらに相互作用を生じさせるものであり、この相互作
用は対物レンズあるいは試料ステージの移動に対して試
料ステージ及び対物レンズを追従させることにより、対
物レンズと試料ステージの相対的移動を減少させるもの
である。

【００１５】図２は、本考案の表面分析装置の磁場形成
手段の第１の実施例を説明する図であり、図１に示す試
料ステージの機構の磁場形成手段の構成部分を示し、そ
の他の表面分析装置の構成部分は省略している。

【００１６】図２に示す第１の実施例は磁場形成手段を
永久磁石によって構成するものである。図２において、
磁場形成手段１は試料ステージ６に固定された永久磁石
１１と対物レンズ４のヨーク４１とから構成され、永久
磁石１１は試料ステージ６側のヨーク４１に対向して設
置される。永久磁石１１の磁場により形成される磁束
は、対物レンズ４のヨーク４１を磁路の一部として閉磁
路を構成し、対物レンズ４と試料ステージ６との間に相
互に吸引する方向の力を発生し、対物レンズ４あるいは
試料ステージ６の移動に対して試料ステージ６及び対物
レンズ４が追従する動きを生じさせる。なお、一般に、
対物レンズ４を構成するヨーク４１は純鉄により形成さ
れており、ヨーク４１を磁路の一部とすることができ
る。また、永久磁石１１により形成される磁束が対物レ
ンズ４により形成される磁場に影響が生じないように、
永久磁石１１の試料ステージ６上での設置位置や形状を
設定しておくものとする。

【００１７】試料ステージ６は、試料ステージ支持機構
７を介してベース８に取り付けられている。この試料ス
テージ支持機構７は、試料ステージ６のＺ軸方向の位置
は変動させず、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の移動を可能とす
るものであり、例えばＸ方向支持部７１とＹ方向支持部
７２とにより構成することができる。そして、該Ｘ方向
支持部７１とＹ方向支持部７２は自在機構と駆動機構と
を持ち、駆動機構を動かすことにより試料ステージ６を
Ｘ方向あるいはＹ方向に移動させることができ、また、
駆動機構に駆動力を供給しない場合には自在機構により
試料ステージ６をＸ方向あるいはＹ方向にフリーに移動
させる機能を持たせることができる。

【００１８】前記構成の本考案の第１の表面分析装置に
おいて、はじめに試料ステージ支持機構７の駆動機構に
より試料ステージ６を対物レンズ４に対して移動し、電
子線が試料上の分析位置に一致させて位置決めを行う。
この位置決めを行った後、試料ステージ支持機構７をフ
リーの状態として通常の分析が行われる。この分析中に
おいて表面分析装置に振動が生じると、その振動により
対物レンズ４と試料ステージ６も振動するが、前記構成
の永久磁石１１からなる磁場形成手段により、対物レン
ズ４と試料ステージ６と間には相互に引き合う磁力が生
じているため、対物レンズ４と試料ステージ６は相互に
追従して動き前記振動に応じて同様な振動状態となっ
て、相対的な移動は生じない。したがって、対物レンズ
４を介して照射される電子線の試料上における位置は、
振動にかかわらず一定となる。

【００１９】次に、図３により本考案の表面分析装置の
磁場形成手段の第２の実施例を説明する。なお、図３に
示す試料ステージの機構の磁場形成手段の構成部分を示
し、その他の表面分析装置の構成部分は省略している。

【００２０】図３に示す第２の実施例は磁場形成手段を
電磁石によって構成するものであり、前記第１の実施例
の永久磁石１１を電磁石１２に変更した以外は、第１の
実施例と同様の構成である。第２の実施例の磁場形成手
段１は試料ステージ６に固定された電磁石１２と対物レ
ンズ４のヨーク４１とから構成され、電磁石１２は試料
ステージ６側のヨーク４１に対向して設置され、電磁石
１２により形成される磁束は、対物レンズ４と試料ステ
ージ６との間に相互に吸引する方向の力を発生し、対物
レンズ４と試料ステージ６の追従運動を可能にしてい
る。

【００２１】また、電磁石１２により形成される磁束が
対物レンズ４により形成される磁場に影響が生じないよ
うに、試料ステージ６上での設置位置や形状を設定して
おくものとする。なお、電磁石１２はコイル１３により
電流が供給され、該電流の供給は表面分析装置の図示し
ない制御装置により制御することができる。

【００２２】前記構成の本考案の第２の表面分析装置に
おいて、はじめに試料ステージ支持機構７の駆動機構に
より試料ステージ６を対物レンズ４に対して移動し、電
子線が試料上の分析位置に一致させて位置決めを行う。
この位置決めを行った後、試料ステージ支持機構７をフ
リーの状態として通常の分析が行われる。この分析中に
おいて、コイル１３に電流を供給して電磁石１２を動作
させる。この状態で表面分析装置に振動が生じると、そ
の振動により対物レンズ４と試料ステージ６も振動する
が、前記構成の電磁石１２からなる磁場形成手段によ
り、前記第１の実施例と同様に対物レンズ４と試料ステ
ージ６と間には相互に引き合う磁力が生じ、この磁力に
より対物レンズ４と試料ステージ６は相互に追従して動
き前記振動に応じて同様な振動状態となって相対的な移
動は生じないことになり、電子線の試料上における位置
は、振動にかかわらず一定となる。

【００２３】次に、図４により本考案の表面分析装置の
磁場形成手段の第３の実施例を説明する。なお、図４に
示す試料ステージの機構の磁場形成手段の構成部分を示
し、その他の表面分析装置の構成部分は省略している。

【００２４】図４に示す第３の実施例は磁場形成手段と
して対物レンズのヨークからの漏れ磁束を用いるもので
あり、磁場形成手段の構成以外の構成は前記第１の実施
例及び第２の実施例と同様であるため、その説明を省略
する。

【００２５】図４において、磁場形成手段１は試料ステ
ージ６に固定された磁性部材１５と対物レンズ４のヨー
ク４１に形成された漏れ磁束発生部１４とから構成され
る。磁性部材１５は磁力により引きつけられる部材であ
って試料ステージ６の対物レンズ４側に取り付けられ、
また、磁束発生部１３はヨーク４１の試料ステージ６側
の一部に、例えば窪み等の凹部を形成することにより形
成され、該磁性部材１５と漏れ磁束発生部１４とは対向
して設置される。ヨーク４１には対物レンズ４を駆動す
るための磁束が閉磁路を形成しており、このヨーク４１
の一部に窪み等の凹部を形成すると、該部分において漏
れ磁束が生じる。この漏れ磁束の磁束内に磁性部材１５
が位置すると、磁性部材１５とヨーク４１との間に磁力
が発生し、前記第１の実施例及び第２の実施例と同様
に、対物レンズ４と試料ステージ６との間に相互に吸引
する方向の力を発生し、対物レンズ４あるいは試料ステ
ージ６の移動に対して試料ステージ６及び対物レンズ４
が追従する動きを生じさせる。なお、漏れ磁束を発生さ
せるためにヨーク４１に形成する凹部は、対物レンズ４
の磁束の発生に影響を与えないように設定され、また発
生する漏れ磁束が対物レンズ４の磁場に影響を与えない
ように、その設置位置や形状を設定しておくものとす
る。

【００２６】前記構成の本考案の第３の表面分析装置に
おいて、はじめに前記第１の実施例及び第２の実施例と
同様にして位置決めを行い、その後、試料ステージ支持
機構７をフリーの状態として通常の分析が行われる。こ
の分析中において、対物レンズ４のヨーク４１の漏れ磁
束発生部１４から発生した漏れ磁束は、試料ステージ６
側の磁性部材１５を磁路の一部を構成する。この状態で
表面分析装置に振動が生じると、その振動により対物レ
ンズ４と試料ステージ６も振動するが、前記構成の磁場
形成手段により、前記第１の実施例及び第２の実施例と
同様に対物レンズ４と試料ステージ６と間には相互に引
き合う磁力が生じ、この磁力により対物レンズ４と試料
ステージ６は相互に追従して動き前記振動に応じて同様
な振動状態となって相対的な移動は生じないことにな
り、電子線の試料上における位置は、振動にかかわらず
一定となる。

【００２７】次に、図５により本考案の表面分析装置の
磁場形成手段の第４の実施例を説明する。なお、図５に
示す試料ステージの機構の磁場形成手段の構成部分を示
し、その他の表面分析装置の構成部分は省略している。

【００２８】図５に示す第４の実施例は、磁場形成手段
として対物レンズ側と試料ステージ側の両方に設けた磁
石の反発力を用いるものであり、磁場形成手段の構成以
外の構成は前記第１の実施例、第２の実施例、及び第３
の実施例と同様であるため、その説明を省略する。

【００２９】図５において、磁場形成手段１は試料ステ
ージ６に固定された磁石１７と対物レンズ４のヨーク４
１に設けられた磁石１７とから構成される。なお、この
磁石は永久磁石あるいは電磁石により構成することがで
きる。磁石１６と磁石１７とは対向して取り付け、その
取付け角度を対物レンズ４の中心及び試料ホルダ５から
外側に対称となるように傾斜して設定する。これによ
り、磁石１６と磁石１７との間で生じる磁力は、対物レ
ンズ４と試料ステージ６と反発する方向に作用するとと
もに、その作用する力の横方向成分を生じる。この横方
向の力は対物レンズ４あるいは試料ステージ６の移動に
対して試料ステージ６及び対物レンズ４が追従する動き
を生じさせる方向となる。なお、磁石１６及び磁石１７
は、対物レンズ４の磁束の発生に影響を与えないように
その設置位置や形状を設定しておくものとする。また、
対物レンズ４側に設置される磁石１６あるいは試料ステ
ージ６側に設置される磁石１７、またはその両方を複数
とすることにより、試料の分析位置の調節等により試料
ステージ６が移動した場合でも、相互の磁石に磁力が作
用するようにすることができる。

【００３０】前記構成の本考案の第４の表面分析装置に
おいて、はじめに前記第１の実施例、第２の実施例、及
び第３の実施例と同様にして位置決めを行い、その後、
試料ステージ支持機構７をフリーの状態として通常の分
析が行われる。この分析中において、磁石１６と磁石１
７とは反発し、その傾斜した設置角度により発生する横
方向の力成分が対物レンズ４と試料ステージ６にそれぞ
れ反対方向に作用する。この状態で表面分析装置に振動
が生じると、その振動により対物レンズ４と試料ステー
ジ６も振動するが、前記構成の磁場形成手段により、前
記第１の実施例、第２の実施例、及び第３の実施例と同
様に対物レンズ４と試料ステージ６と間には相互作用を
生じる磁力が生じ、この磁力により対物レンズ４と試料
ステージ６は相互に追従して動き前記振動に応じて同様
な振動状態となって相対的な移動は生じないことにな
り、電子線の試料上における位置は、振動にかかわらず
一定となる。

【００３１】なお、本考案は上記実施例に限定されるも
のではなく、本考案の趣旨に基づき種々の変形が可能で
あり、それらを本考案の範囲から排除するものではな
い。

【００３２】前記実施例では、プローブとして電子線を
用いた例を示しているが、その他のプローブによる表面
分析装置に適用することもできる。

【００３３】

【考案の効果】以上説明したように、本考案によれば、
表面分析装置において、試料ステージと対物レンズの相
対的な移動を除去して、分析位置の変動を除去すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の表面分析装置における試料ステージの
機構ブロック図である。

【図２】本考案の表面分析装置の磁場形成手段の第１の
実施例を説明する図である。

【図３】本考案の表面分析装置の磁場形成手段の第２の
実施例を説明する図である。

【図４】本考案の表面分析装置の磁場形成手段の第３の
実施例を説明する図である。

【図５】本考案の表面分析装置の磁場形成手段の第４の
実施例を説明する図である。

【符号の説明】

１…磁場形成手段、２…電子銃、３…電子レンズ、４…
対物レンズ、５…試料ホルダ、６…試料ステージ、７…
試料ステージ支持機構、８…ベース、１１…永久磁石、
１２…電磁石、１３…コイル、１４…漏れ磁束発生部、
１５…磁性部材、１６，１７…磁石

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 対物レンズと試料ステージが対向して配
   置されている表面分析装置において、該対物レンズと該
   試料ステージの間に磁場を形成する磁場形成手段を設
   け、該磁場形成手段は該磁場が対物レンズと試料ステー
   ジの間に生じさせる磁力によって、対物レンズと試料ス
   テージの間の相対移動を減少させる相互作用を生じるこ
   とを特徴とする表面分析装置。