JP4202620B2 - 走査型電子顕微鏡用サンプルホルダ、走査型電子顕微鏡用サンプルホルダ内にサンプルを固定するための補助装置及びこれらを用いたサンプル固定方法 - Google Patents
走査型電子顕微鏡用サンプルホルダ、走査型電子顕微鏡用サンプルホルダ内にサンプルを固定するための補助装置及びこれらを用いたサンプル固定方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はサンプルの表面分析のための垂直走査電子顕微鏡に係り、特に垂直走査電子顕微鏡内のサンプルホルダに関する。また、本発明は前記サンプルホルダ内にサンプルを固定するための補助装置及びこれを用いてサンプルホルダ内にサンプルを固定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路の製造過程はウェーハ上に半導体層パターン、絶縁層パターン及び導電層パターンを多層に形成させつつ設計された回路を実現する過程である。この際、各工程段階で行われたパターンを検査し分析するために電子ビームを用いた走査電子顕微鏡が主に使われる。このような分析のためにウェーハを適当な大きさに切断してサンプルを製作した後、ウェーハの表面及び断面を分析し、このようなサンプルを走査電子顕微鏡内の所定の位置に装着するためにサンプルホルダが使われる。
【０００３】
図１は従来の一般の垂直走査電子顕微鏡１００の基本的な構成を概略的に示した図面である。走査電子顕微鏡とは、電子ビームを光源として複数の電子レンズを経て電子ビームを極小の点に形成した後、サンプルの一定部位を走査し、この時、サンプルから出る２次電子、後方散乱電子またはX線などの多様な信号を検出して映像化する装備である。
【０００４】
図１を参照すれば、走査電子顕微鏡１００は、分析しようとするサンプル１０が置かれるサンプルチャンバ１０４と、前記サンプルチャンバ１０４内に電子ビームを発生して供給するコラム部１０２より構成される。前記コラム部１０２には電子ビーム１３２を発生させる電子銃１０８と、前記電子銃１０８から発生された電子ビームを所望の方向に案内するための電子ビームガイド１１０が形成され、その下に電子ビーム１３２を加速させうるアノード１１２、集束レンズ１１４、偏向コイル１１６及び対物レンズ１１８が順次に形成される。前記電子銃１０８の先端部は電子ビームを発生させるフィラメントチップより構成される。
【０００５】
前記対物レンズ１１８の下端には電子ビーム１３２の供給を調節しうる開閉自在なシャッター(図示せず)が位置し、電子銃１０８から発生された電子ビーム１３２が加速及び集束された後、対物レンズ１１８内の対物レンズしぼり(図示せず)により焦点の深度が調整された後、サンプルホルダ２００上に装着されたサンプル１０上に走査される。サンプル１０から発生された２次電子１３４が検出器１２０を通じて検出され、検出された電子信号は増幅器１２２で増幅された後、陰極線管１２６に伝えられ、陰極線管１２６内の偏向コイル(図示せず)により偏向角が調節されつつ内部の蛍光面に走査されてサンプルの表面に対するイメージを形成することになる。
【０００６】
一方、走査電子顕微鏡１００ではサンプル１０の走査面を繊細な画素に分解して各画素単位で検出された電子信号を時系列的に伝送して画面を構成し、これを実現するために前記増幅器１２２を経た電子信号を走査回路１２４に伝送して前記コラム部１０２の偏向コイル１１６で前記電子ビーム１３２の偏向角を制御可能にする。また、前記増幅器１２２を経た電子信号はイメージ伝送部１２８に伝送されてイメージが表示される。
【０００７】
一方、前記サンプルチャンバ１０４の下端にはターボポンプ１３０が設けられてサンプルチャンバ１０４を真空状態に保っており、サンプルチャンバ１０４の側面には予備チャンバ１０６が設けられてサンプルホルダ２００をサンプルチャンバ１０４内にローディングまたはアンローディングする時、サンプルチャンバ１０４の真空を円滑に保たせる。
【０００８】
図２は従来のサンプルホルダ２００を概略的に示す平面図であり、日立社の製品(モデル名：S-５０００)を示し、図３は図２のIII-III'線に沿って切断した断面図である。
【０００９】
図２及び図３を参照すれば、サンプルホルダ２００の胴体は略円形の棒状からなっており、その先端部にはサンプルを挿入して固定しうるサンプル固定部が形成され、その後端部には取っ手２０６が形成される。前記先端部の末端にはサファイアチップ２１０が形成され、前記ホルダ胴体は前記サンプル固定部が形成される第１胴体２０２とこれより厚い第２胴体２０４より構成され、相互分離、結合可能に構成されている。
【００１０】
前記第１胴体２０２の先端部に形成されるサンプル固定部は前記円形の棒状よりなるホルダ胴体２０２の一部が水平的に除去され、平坦な水平面を含んでおり、その水平面の外郭には一定の高さを有するダムがさらに形成され、その水平面内にはサンプルを挿着しうる一定の深さを有するサンプル挿入溝２１２が形成されている。前記サンプル挿入溝２１２の両側面にはピンセットを用いてサンプル１０を挿入/除去する時、作業の容易性のためのサンプル挿入補助溝２１４が形成されている。また、前記サンプル挿入溝２１２の一側壁にはスクリュー孔２２０が貫通されている。
【００１１】
前記従来のサンプルホルダ２００においてサンプル１０は図２及び図３からわかるように、前記サンプル挿入溝２１２内の一側にサンプル１０が挿入されており、サンプル１０の側面と接触されるようにアルミニウムからなるスペーサ２１６が挿入されており、前記スペーサ２１６の側壁には銅成分よりなる２つのセットスクリュー２１８が前記スペーサ２１６をサンプル１０方向に密着させてサンプル１０を固定している。
【００１２】
従来のサンプルホルダ２００にサンプル１０を固定する方法を説明すれば、まず所望の分析位置でウェーハを切断し、例えば、５ないし１０mmx４ないし６mmの大きさを有するサンプルを製作した後、サンプル１０をピンセットを用いて前記サンプル挿入溝２１２の中央に垂直に立たせておく。次いで、前記アルミニウムスペーサ２１６をサンプル１０の側面に同一な方法で挿入させた後、スクリュー孔２２０を通じてスクリュー２１８を前進させ、前記スペーサ２１６をしてサンプル１０をサンプル挿入溝２１２の一側壁に密着固定させる。前記スクリュー２１８は後面に一文字溝が形成されたマイナススクリューであり、前記スクリュー２１８はスクリュー孔２２０を通じて一文字型ドライバーを挿入させた後で回動させることによって前進される。
【００１３】
しかし、前記従来のサンプルホルダ２００の場合、スクリュー２１８を用いてサンプル１０を固定するために次のような問題点が生じる。
【００１４】
第１、スクリュー２１８に加えられるドライバーのねじ回し力がスペーサ２１６を経てサンプル１０に伝達されてサンプル１０が割れやすい。したがって、割れたパーチクルは高真空に保たれる図１のサンプルチャンバ１０４内の各種のOリングにリークを誘発することになり、これによって外部空気がサンプルチャンバ１０４内に流入されてサンプルチャンバ１０４の真空度が低下されると同時にターボポンプ１３０の性能を低下させることになる。また、サンプルチャンバ１０４内に流入された外部のガス分子はコラム部１０２に移動し、移動された外部ガス分子は電子銃１０８の末端に形成されたフィラメントチップに吸着される。このようなチップに吸着されたガス分子を除去するためにチップを加熱してフラッシングを行うことになり、この時チップに加えられるフラッシング電流がチップの終端を摩耗させて寿命を短縮させることになる。また、チップ寿命の短縮はチップの入れ替え周期を短くして機器の運休時間を増加させる原因となる。
【００１５】
第２、従来のサンプルホルダ２００にサンプル１０を固定するためには作業者が両手にドライバーとピンセットとを交互に取りつつ作業を行い、その作業工程数も１０段階余りに至るために作業者の熟練度が非常に要求される。また、スクリュー２１８のねじ回し力が一定しないために、ねじ回し力の強度によってサンプルの破損またはサンプルの離脱が生じる恐れがある。
【００１６】
第３、スクリュー２１８の劣化によって周期的な入れ替えが不回避なので消耗性部品の需給費用が増加することになる。
【００１７】
第４、スクリュー２１８をスクリュー孔２２０を通じて繰り消して進退させるためにスクリュー及びスクリュー孔２２０の内壁が摩耗され、パーチクルの発生原因となると同時にスクリューのねじ合わせ力が緩んでサンプルの離脱が発生されうる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、前記問題点を改善するためにスクリューの代りに一定の弾性力を有する弾性体を用いてサンプルを固定させることによってサンプルの割れを防止しうるサンプルホルダを提供することである。
【００１９】
本発明の他の目的は、サンプルの挿入及び除去作業が非常に単純化されて作業工程数を減らせるサンプルホルダを提供することである。
【００２０】
本発明のさらに他の目的は、本発明のサンプルホルダにサンプルを容易に挿入及び除去しうるサンプル固定補助装置を提供することである。
【００２１】
本発明のさらに他の目的は、本発明のサンプルホルダとサンプル固定補助装置とを用いてサンプルホルダ内にサンプルを固定する方法を提供することである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明のサンプルホルダは、先端部にサンプルを装着して固定させうるサンプル固定部が形成されており、長手方向に延びたホルダ胴体を含む。前記サンプル固定部で前記サンプルを上側から挿入して保てるように上側が開放された溝状であって、前記ホルダ胴体の長手方向に延びた第１空間部が形成されており、前記第１空間部内に装着されるサンプルの一側と接触しつつ弾性力により前記サンプルを前記第１空間部内に圧着して固定させうる弾性支持部材を含む。前記ホルダ胴体は略円形の棒状になっており、先端部に形成された前記サンプル固定部は前記棒状の一部が水平的に除去されて平坦な水平面を含むことができる。
【００２３】
また、前記弾性支持部材が長手方向に進退自在に前記第１空間部の一側と隣接され、前記ホルダ胴体内に長手方向に延びて上側が開放された溝状の第２空間部と、前記第１空間部内にサンプルの挿入及び除去が容易に前記第１空間部の側面に沿って上側が開放された溝状に第３空間部がさらに備えられる。
【００２４】
一方、前記弾性支持部材は、前記第２空間部内で長手方向に進退自在なサンプル支持体及び前記サンプル支持体と結合して前記サンプル支持体をして前記第１空間部内に装着されるサンプルを前記第１空間部内に圧着固定させうる弾性体を含む。
【００２５】
前記第２空間部の幅が前記第１空間部の幅より広く、前記サンプル支持体は前記サンプルを前記第１空間部内に長手方向に支持する本体と半径方向に支持する突出部とを備えて平面形状が全体的に“L”字状をなすことができ、前記サンプル支持体の前記突出部の表面が前記本体の表面より低まった段差が形成されたことが望ましく、前記サンプル支持体の前記本体表面上に第１突起が形成されており、前記サンプルホルダ胴体の外表面上に第２突起が形成されたことが望ましい。
【００２６】
一方、前記弾性体は圧縮力を用いた圧縮弾性体または引張り力を用いた引張り弾性体であり、圧縮弾性体を用いる場合に前記ホルダ胴体には前記第２空間部と連通される弾性体挿入溝がさらに形成されており、前記圧縮弾性体の一端が前記弾性体挿入溝に挿入され、他端が前記サンプル支持体と接触して前記サンプル支持体を進退自在に構成しうる。
【００２７】
前記本発明のさらに他の目的を達成するための本発明に係るサンプルホルダ内にサンプルを固定するための補助装置は、基板と、前記基板上に一定の高さに形成されており、前端部にサンプル固定部が形成された棒状のサンプルホルダをその上部表面上に支持しうる第１ホルダ支持台と、前記基板上で前記第１ホルダ支持台と離隔されており、前記第１ホルダ支持台に対応して前記サンプルホルダを水平に支持しうる第２ホルダ支持台を含む。また、前記第１ホルダ支持台の上面上で前記サンプルホルダの前端部から一定長さ以上の前進運動を防止する第１ストッパが形成されており、前記基板上に設けられ、前記第１ホルダ支持台及び第２ホルダ支持台上に置かれるサンプルホルダの後進運動を防止する第２ストッパが形成される。
【００２８】
前記第１ストッパは前記サンプルホルダの前端部の一部が貫通される貫通孔を備え、前記第１ホルダ支持台の上面で前記サンプルホルダに形成される第１突起が前記貫通孔の入口にかかる形に前記サンプルホルダの前進運動を防止するように構成されており、前記第２ストッパは前記サンプルホルダの前進方向に上向く傾斜面と前記傾斜面の末端部から下向く係止片を備え、前記第１ホルダ支持台の上面で前記サンプルホルダに形成される第２突起が前記係止片にかかる形に前記サンプルホルダの後進運動を防止するように構成されている。
【００２９】
また、前記第２ストッパは圧縮弾性体を内蔵しており、前記サンプルホルダが前進運動時、前記サンプルホルダの第２突起が前記傾斜面に沿って移動しつつ前記第２ストッパを圧縮して下向かせ、前記傾斜面を通過した後、前記圧縮弾性体の弾性力により前記第２ストッパが上向いて前記第２突起が前記係止片にかかる形に前記サンプルホルダの後進運動を防止するように構成されうる。
【００３０】
一方、前記本発明のさらに他の目的を達成するために本発明は、前記サンプルを固定するための補助装置を用いて、前端部にサンプルを装着して固定させうるサンプル固定部が形成されており、外面上に第２突起が形成されている長手方向に延びたホルダ胴体と、前記サンプル固定部で前記サンプルを上側から挿入して保てるように上側が開放されて前記ホルダ胴体の長手方向に延びた第１空間部及び前記第１空間部内に装着されるサンプルの一側と接触しつつ弾性力により前記サンプルを前記第１空間部内に圧着して固定させうる第１突起を有する弾性支持部材を含むサンプルホルダ内にサンプルを固定する方法において、前記第１ホルダ支持台及び第２ホルダ支持台上に前記サンプルホルダを装着させる段階と、前記サンプルホルダの第１突起が前記第１ストッパによってかかりつつ前記弾性支持部材を後進させると同時に第２突起が前記第２ストッパの係止片にかかりつつ前記サンプルホルダの後進運動を防止可能に前記サンプルホルダを前記第１ホルダ支持台及び第２ホルダ支持台上で前進位置させる段階と、前記後進された弾性支持部材により確保された第１空間部内にサンプルを装着させる段階と、前記第２ストッパの係止片と前記サンプルホルダの第２突起との係合を解除させつつ前記サンプルホルダを後進させると同時に前記弾性支持部材の弾性力により前記第１空間部内に装着されたサンプルを固定させる段階を含む。
【００３１】
本発明によれば、スクリューに加えられる作業者のねじ回し力が一定でない従来の技術に比べて弾性体が有する一定の弾性力によりサンプルを圧着固定させうるためにサンプルの割れが防止され、サンプルホルダからサンプルの離脱が効率よく防止される。
【００３２】
また、本発明によれば、ドライバーを用いて作業者が直接スクリューをねじ回してサンプルを固定させる代わりに本発明の補助装置を用いることによって容易にサンプル固定作業が行える。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づいて本発明の実施例をさらに詳しく説明する。後述する実施例は多様な他の形に変形でき、本発明の範囲が下記実施例に限定されるものではない。本発明の実施例は当業者に本発明をさらに完全に説明するために提供されるものである。
【００３４】
図４は本発明の一実施例に係るサンプルホルダを概略的に示す図面であり、図５は図４のサンプル固定部を拡大した斜視図であり、図６は図４のVI-VI'線に沿って切断した断面図であり、第１空間部内にサンプル２０が装着された場合を示す。
【００３５】
図４ないし図６を参照すれば、本実施例のサンプルホルダ３００のホルダ胴体は略円形の棒状に構成され、その先端部にはサンプルを挿入して固定しうるサンプル固定部が形成され、その後端部には取っ手３０６が形成される。前記ホルダ胴体は先端部にサンプル固定部が形成されている第１ホルダ胴体３０２と後端部に取っ手３０６が形成される第２ホルダ胴体３０４が着脱可能に構成されている。前記第１ホルダ胴体３０２に比べて第２ホルダ胴体３０４が若干厚い形に構成されているが、本発明は必ずこれに限定されるものではない。
【００３６】
前記第１ホルダ胴体３０２の先端部の末端にはサファイアからなるチップ３１０が形成されており、前記第２ホルダ胴体３０４の中間には第２突起３０８が形成されている。前記第２突起３０８は前記サンプルホルダ３００が図１のサンプルチャンバ１０４内にローディングまたはアンローディングされる時、サンプルチャンバ１０４内にサンプルホルダ３００が正確に装着されたか否かを、予備チャンバ１０６内に設けられた感知部(図示せず)との接触の有無で確認する。
【００３７】
一方、前記第１ホルダ胴体３０２の先端部に形成されるサンプル固定部は前記円形の棒状からなる第１ホルダ胴体３０２の一部が水平的に除去されて略平坦な水平面を含んでおり、その水平面の外郭には一定の高さを有するダムが残留する形に構成されている。もちろん、前記サンプル固定部を取囲むダムが存在せず外郭まで水平面よりなりうる。
【００３８】
一方、サンプル固定部にはその水平面内にサンプルを挿入して固定させうる一定の深さを有し、サンプルホルダ３００の長手方向に延びた溝状の上側が開放された第１空間部３１２が形成されている。前記第１空間部３１２の幅(図６のT２)は本実施例でサンプルの厚さ(図６のT１であって、約０．８mm)を考慮して約０．９mm程度になるように形成されている。前記第１空間部３１２の幅と深さは分析しようとするサンプルの大きさによって適切に選択して形成しうる。一方、前記第１空間部３１２の長さは後述するようにサンプルの大きさによって弾性支持部材の進退により適切に確保されうる。
【００３９】
一方、前記第１空間部３１２と接して一部重畳される上側が開放された第２空間部３２２が形成されている。第２空間部３２２はサンプルホルダ３００の長手方向に延びた溝状の空間であって、第２空間部３２２内には弾性支持部材が位置することになる。前記弾性支持部材は弾性力によりサンプル２０を第１空間部３１２内に圧縮支持することによって、平面形状が略“L”字状になるように構成されたサンプル支持体３１６と前記サンプル支持体３１６に弾性力を加える圧縮バネよりなる弾性体３２０より構成される。
【００４０】
前記サンプル支持体３１６は四面体形の本体とその側面に前記本体より低い突出部を有する形に構成されるために、第１空間部３１２内に装着されるサンプル２０をサンプルホルダ３００の長手方向と半径方向に同時に圧縮支持させる。前記サンプル支持体３１６で突出部は必ずしも形成すべきものではないが、サンプル２０を両方向から圧縮可能なのでさらに堅固にサンプル２０を固定させうる。
【００４１】
一方、前記サンプル支持体３１６の側面突出部は走査電子顕微鏡内でサンプルの分析のためのチルティング時、電子ビーム走査を妨害しないようにサンプル支持体３１６の本体より低くすることが望ましい。一方、サンプル支持体３１６の本体の上側には第１突起３１８が一定の高さに形成されており、前記第１ホルダ胴体３０２内には前記弾性体３２０が挿入されうる弾性体挿入溝がさらに形成されている。前記弾性体３２０は前記弾性体挿入溝の前端方向から挿入してもよく、第２ホルダ胴体３０４を分離させた後、後端方向から挿入しても良い。
【００４２】
一方、本実施例では前記弾性体３２０として圧縮バネを用いたが、第１ホルダ胴体３０２の先端部側の一定の位置に固定点を有する引張りバネを用いて前記サンプル支持体３１６に引張り力を与えることによってサンプル２０を第１空間部３１２内に圧縮固定させうる。
【００４３】
前記第２空間部３２２の反対側には第１空間部３１２と接する第３空間部３１４がサンプルホルダ３００の長手方向に上側が開放された溝状に形成されている。前記第３空間部３１４はピンセットを用いてサンプル２０の前記第１空間部３１２内への挿入/除去時に作業を容易にするためである。また、第３空間部３１４の深さは、図６のように第１空間部３１２より低いが、ピンセットを用いて第１空間部４１２内にサンプル２０を円滑に挿入させうる程度に適切に選択しうる。また、第１空間部３１２と第３空間部３１４が接する部分ではウェーハが容易に挿入可能に第３空間部３１４の底部の角部が適切な角(図６において“θ”)に面取されている。前記角部は丸くラウンドされうる。
【００４４】
図７は本発明の一実施例に係る図４のサンプルホルダ３００内にサンプルを装着するために用いられるサンプル固定補助装置４００を概略的に示す側面図であり、図８は図７のサンプル固定補助装置４００を概略的に示す平面図である。
【００４５】
図７及び図８を参照すれば、例えば、プラスチックよりなる一定広さの基板４０２上に一定高さの第１支持台４０４、第２支持台４０８及び第３支持台４０６が相互一定の間隔に離隔されるようにそれぞれボルトで支持されている。前記第１支持台４０４、第２支持台４０８及び第３支持台４０６の上面の中央上には図４の円形棒状のサンプルホルダ３００をその上に安定的に支持するために半円型の溝がそれぞれ形成されている。
【００４６】
図面において、前記第１支持台４０４の上面の左側先端部はサンプルホルダ３００のサファイアチップ３１０がこれ以上前進されないように壁体で構成され、上面の右側端部上には内部に貫通孔を有する第１ストッパ４１２がボルトで支持されている。前記第１ストッパの貫通孔の上側部には図４のサンプルホルダ３００が図面の右側から左側に前進する時、前記サンプル支持体３１６の上面上に形成された第１突起３１８が係止されるように半円状の係止溝４２０が形成されている。また、前記第１ストッパ４１２に対応して前記壁体の内側に補助ストッパ４１０がさらに設けられる。第２支持台４０８及び第３支持台４０６は略同じ形状をし、また前記基板４０２上にボルトで支持されうる。中央に位置する前記第３支持台４０６は必ずしも備えられなければならないものではない。
【００４７】
一方、前記第２支持台４０８と第３支持台４０６との間の前記基板４０２上には第２ストッパ４１４が形成されており、またボルトで支持されている。前記第２ストッパ４１４は図面の右側から左側に上向く傾斜面と前記傾斜面から垂直に下向く係止片を備え、図４のサンプルホルダ３００の外面上に形成された第２突起３０８が前記第２ストッパ４１４の前記係止片に係止されて図面の右側に後進することを防止させるためである。前記第２ストッパ４１４の内部には圧縮バネよりなる圧縮弾性体４１８が内蔵されて前記第２ストッパ４１４を昇降可能にする。また、前記第２ストッパ４１４の外側面には前記第２ストッパ４１４を強制的に下向かせるための下向き取っ手４１６が形成されている。
【００４８】
図７のサンプル固定補助装置４００を用いて図４のサンプルホルダ３００内にサンプルを装着して固定させる方法を図９ないし図１１を参照してさらに具体的に説明する。図９は図７のサンプル固定補助装置４００上にサンプル固定のために図４のサンプルホルダ３００を装着した段階を示す図面であり、図１０は図９でサンプルホルダ３００を前進させてサンプルをサンプルホルダ３００内に挿入させた段階を示す図面であり、図１１は図１０でサンプルホルダ３００内にサンプルを挿入させた後、サンプルホルダ３００を後進させてサンプルを固定させた段階を示す。
【００４９】
図９を参照すれば、第１支持台４０４、第２支持台４０８及び第３支持台４０６の上面上に形成された半円型の溝上に第１ホルダ胴体３０２の先端部に形成されたサンプル固定部が上向くように前記サンプルホルダ３００を装着する。この際、前記サンプル固定部の一部は前記第１支持台４０４の表面上に設けられた第１ストッパ４１２内に形成された貫通孔内に一部挿入されている。
【００５０】
次いで、図１０を参照すれば、サンプルホルダ３００を左側方向に前進運動させてサンプルホルダ３００をサンプル固定補助装置４００上に固定させる。さらに具体的に、作業者が取っ手３０６を取って前記サンプルホルダ３００を左側方向に前進させれば、サンプルホルダ３００の第２ホルダ胴体３０４の外面上に設けられた第２突起３０８が第２ストッパ４１４の傾斜面に沿って移動され、この時第２突起３０８の前進する力により前記第２ストッパ４１４を押圧しつつ下向かせる。第２突起３０８が傾斜面の末端部を通過すれば第２突起３０８が第２ストッパ４１４を押圧する力が解除され、前記第２ストッパ４１４は内部に内蔵された圧縮弾性体４１８の弾性力を受けて元の位置に上向く。したがって、第２突起３０８は前記第２ストッパ４１４の垂直する係止片に係止されてサンプルホルダ３００の図面の右側方向への後進が防止される。
【００５１】
一方、第２突起３０８が前記第２ストッパ４１４の係止片に係止されてサンプルホルダ３００の後進が防止されると同時に、第１ホルダ胴体３０２のサンプル支持体３１６の上面上に形成された第１突起３１８は第１支持台４０４上に形成された第１ストッパ４１２の係止溝４２０に係止される。したがって、前記サンプルホルダ３００は前進運動するが、前記サンプル支持体３１６は前記第１ホルダ胴体３０２内に挿入されている圧縮弾性体３２０を圧縮させつつ後進運動することになる。前記サンプル支持体３１６が後進されることによって第１ホルダ胴体３０２内に形成された第１空間部３１２がサンプルを挿入するのに十分な長さとして確保される。次いで、作業者はピンセットを用いて前記第１空間部３１２にサンプルを挿入する。
【００５２】
次いで、図１１を参照すれば、作業者は第２ストッパ４１４の外側面に形成された下向き取っ手４１６を押圧しつつ前記第２突起３０８を第２ストッパ４１４の係止片から解除させた後、前記サンプルホルダ３００を右側方向に後進させる。この際、前記サンプル支持体３１６は圧縮弾性体３２０の弾性力により左側方向に前進運動することになり、サンプル支持体３１６により第１空間部３１２内に挿入されたサンプルを圧着固定することになる。このようにサンプル２０がサンプルホルダ３００に圧着固定された後、図１のサンプルチャンバ１０４内にサンプルホルダ３００をローディングさせた後、所望のサンプル分析作業を行う。
【００５３】
図１２ないし図１５は図７のサンプル固定補助装置４００を用いてサンプルホルダ３００内にサンプル２０を固定させる方法を各段階別に示した概略的な平面図であって、サンプル固定補助装置４００の第１支持台４０４とサンプルホルダ３００の第１ホルダ胴体３０２の先端部に形成されたサンプル固定部の周辺を詳細に示した図面である。
【００５４】
図１２を参照すれば、圧縮弾性体３２０の圧縮力によりサンプル支持体３１６が進退される第２空間部３２２内で左側に最大に移動してサンプルが挿入された第１空間部３１２の長さが最小化されている。
【００５５】
次いで、図１３を参照すれば、サンプルホルダ３００を図１２の矢印方向の左側に前進運動させると、前記図１０のように第２突起３０８と第２ストッパ４１４によりサンプルホルダ３００の後進運動が防止されると同時に前記第１突起３１８が第１ストッパ４１２の係止溝４２０に係止されてサンプル支持体３１６はこれ以上の前進運動はせず、第１空間部３１２の長さは、矢印で表したように、サンプルが挿入できるように十分に確保される。図１４を参照すれば、作業者はピンセットを用いて前記第１空間部３１２内にサンプル２０を挿入させる。
【００５６】
次いで、図１５を参照すれば、図１１のように第２ストッパ４１４の下向取っ手４１６を押圧しつつサンプルホルダ３００を矢印のように後進運動させる。この際、圧縮弾性体３２０の圧縮力により前記サンプル支持体３１６は左側方向に前進されてサンプル２０を第１空間部３１２内に圧着して固定させる。
【００５７】
以上、本発明の実施例について詳しく説明したが、本発明は前記実施例に限定されず、本発明が属する技術的思想内で当業者により多くの変形及び改良が可能である。特に、本実施例において前記サンプル支持体３１６は圧縮弾性体３２０により進退自在に構成されているが、弾性体の固定点をサンプル支持体３１６が進退される第２空間部３２２の左側に位置させることによって、引張り弾性体を用いて前記サンプル支持体３１６を進退させうるのはもちろんである。また、本実施例では、たとえ第２ストッパ４１４は圧縮弾性体４１８を用いて昇降させるものと説明したが、第２ストッパは内部に弾性体が内蔵されていない固定ストッパで構成した後、サンプルホルダ３００をサンプル固定補助装置４００上に固定させるために前進運動させる時、サンプルホルダ３００を時計回り方向または逆時計回り方向に回転させてから前進させ、引き続き第２突起３０８が第２ストッパ４１４の係止片を通過した後、サンプルホルダ３００を原位置に回転して固定させうるのはもちろんである。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、スクリューとドライバーとを用いてサンプルを固定させず、弾性体の圧縮力によりサンプルを固定させるためにサンプルの固定力が常に一定に保たれ、さらにサンプルの大きさによって弾性体の弾性力が自動的に調節されてサンプルの割れが防止されうる。したがって、走査電子顕微鏡のサンプルチャンバ１０４内の各種のOリングに生じたリークが防止されてサンプルチャンバ１０４の真空度が低下されず、長時間使用でき、かつ外部ガス分子の流入が遮断されて電子銃１０８のフィラメントチップの寿命がはるかに延びた。
【００５９】
また、本発明によれば、従来のサンプルホルダ内にサンプル固定のための作業工程数が１０段階余りに至ったが、本発明のサンプル固定補助装置を用いると作業工程数が４段階に減ってサンプルの入替え作業が非常に容易になり、ひいてはヒューマンエラーの発生が著しく減少された。
【００６０】
また、本発明によれば、スクリューのような消耗性部品を用いないために部品の需給費用が著しく減少された。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の一般のサンプルホルダが装着された垂直走査電子顕微鏡の構造を示す概略図である。
【図２】 従来のサンプルホルダを概略的に示す図面である。
【図３】 図２のIII-III'線に沿って切断した断面図である。
【図４】 本発明の一実施例に係るサンプルホルダを概略的に示す図面である。
【図５】 図４のサンプル装着部を拡大した斜視図である。
【図６】 図４のVI-VI'線に沿って切断した断面図である。
【図７】 本発明の一実施例に係るサンプル固定補助装置を概略的に示す側面図である。
【図８】 図７のサンプル固定補助装置を概略的に示す平面図である。
【図９】 図７のサンプル固定補助装置上にサンプルを固定するためにサンプルホルダを装着した段階を示す図面である。
【図１０】 図９においてサンプルホルダを前進させてサンプルをサンプルホルダ内に挿入させた段階を示す図面である。
【図１１】 図１０においてサンプルホルダ内にサンプルを挿入させた後、サンプルホルダを後進させてサンプルを固定させた段階を示す図面である。
【図１２】 図７のサンプル固定補助装置を用いてサンプルホルダ内にサンプルを固定させる方法を各段階別に示す概略的な平面図である。
【図１３】 図７のサンプル固定補助装置を用いてサンプルホルダ内にサンプルを固定させる方法を各段階別に示す概略的な平面図である。
【図１４】 図７のサンプル固定補助装置を用いてサンプルホルダ内にサンプルを固定させる方法を各段階別に示す概略的な平面図である。
【図１５】 図７のサンプル固定補助装置を用いてサンプルホルダ内にサンプルを固定させる方法を各段階別に示す概略的な平面図である。
【符号の説明】
１０６ 予備チャンバ
３００ サンプルホルダ
３０２ 第１ホルダ胴体
３０４ 第２ホルダ胴体
３０６ 取っ手
３０８ 第２突起
３１０ チップ
【発明の属する技術分野】
本発明はサンプルの表面分析のための垂直走査電子顕微鏡に係り、特に垂直走査電子顕微鏡内のサンプルホルダに関する。また、本発明は前記サンプルホルダ内にサンプルを固定するための補助装置及びこれを用いてサンプルホルダ内にサンプルを固定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路の製造過程はウェーハ上に半導体層パターン、絶縁層パターン及び導電層パターンを多層に形成させつつ設計された回路を実現する過程である。この際、各工程段階で行われたパターンを検査し分析するために電子ビームを用いた走査電子顕微鏡が主に使われる。このような分析のためにウェーハを適当な大きさに切断してサンプルを製作した後、ウェーハの表面及び断面を分析し、このようなサンプルを走査電子顕微鏡内の所定の位置に装着するためにサンプルホルダが使われる。
【０００３】
図１は従来の一般の垂直走査電子顕微鏡１００の基本的な構成を概略的に示した図面である。走査電子顕微鏡とは、電子ビームを光源として複数の電子レンズを経て電子ビームを極小の点に形成した後、サンプルの一定部位を走査し、この時、サンプルから出る２次電子、後方散乱電子またはX線などの多様な信号を検出して映像化する装備である。
【０００４】
図１を参照すれば、走査電子顕微鏡１００は、分析しようとするサンプル１０が置かれるサンプルチャンバ１０４と、前記サンプルチャンバ１０４内に電子ビームを発生して供給するコラム部１０２より構成される。前記コラム部１０２には電子ビーム１３２を発生させる電子銃１０８と、前記電子銃１０８から発生された電子ビームを所望の方向に案内するための電子ビームガイド１１０が形成され、その下に電子ビーム１３２を加速させうるアノード１１２、集束レンズ１１４、偏向コイル１１６及び対物レンズ１１８が順次に形成される。前記電子銃１０８の先端部は電子ビームを発生させるフィラメントチップより構成される。
【０００５】
前記対物レンズ１１８の下端には電子ビーム１３２の供給を調節しうる開閉自在なシャッター(図示せず)が位置し、電子銃１０８から発生された電子ビーム１３２が加速及び集束された後、対物レンズ１１８内の対物レンズしぼり(図示せず)により焦点の深度が調整された後、サンプルホルダ２００上に装着されたサンプル１０上に走査される。サンプル１０から発生された２次電子１３４が検出器１２０を通じて検出され、検出された電子信号は増幅器１２２で増幅された後、陰極線管１２６に伝えられ、陰極線管１２６内の偏向コイル(図示せず)により偏向角が調節されつつ内部の蛍光面に走査されてサンプルの表面に対するイメージを形成することになる。
【０００６】
一方、走査電子顕微鏡１００ではサンプル１０の走査面を繊細な画素に分解して各画素単位で検出された電子信号を時系列的に伝送して画面を構成し、これを実現するために前記増幅器１２２を経た電子信号を走査回路１２４に伝送して前記コラム部１０２の偏向コイル１１６で前記電子ビーム１３２の偏向角を制御可能にする。また、前記増幅器１２２を経た電子信号はイメージ伝送部１２８に伝送されてイメージが表示される。
【０００７】
一方、前記サンプルチャンバ１０４の下端にはターボポンプ１３０が設けられてサンプルチャンバ１０４を真空状態に保っており、サンプルチャンバ１０４の側面には予備チャンバ１０６が設けられてサンプルホルダ２００をサンプルチャンバ１０４内にローディングまたはアンローディングする時、サンプルチャンバ１０４の真空を円滑に保たせる。
【０００８】
図２は従来のサンプルホルダ２００を概略的に示す平面図であり、日立社の製品(モデル名：S-５０００)を示し、図３は図２のIII-III'線に沿って切断した断面図である。
【０００９】
図２及び図３を参照すれば、サンプルホルダ２００の胴体は略円形の棒状からなっており、その先端部にはサンプルを挿入して固定しうるサンプル固定部が形成され、その後端部には取っ手２０６が形成される。前記先端部の末端にはサファイアチップ２１０が形成され、前記ホルダ胴体は前記サンプル固定部が形成される第１胴体２０２とこれより厚い第２胴体２０４より構成され、相互分離、結合可能に構成されている。
【００１０】
前記第１胴体２０２の先端部に形成されるサンプル固定部は前記円形の棒状よりなるホルダ胴体２０２の一部が水平的に除去され、平坦な水平面を含んでおり、その水平面の外郭には一定の高さを有するダムがさらに形成され、その水平面内にはサンプルを挿着しうる一定の深さを有するサンプル挿入溝２１２が形成されている。前記サンプル挿入溝２１２の両側面にはピンセットを用いてサンプル１０を挿入/除去する時、作業の容易性のためのサンプル挿入補助溝２１４が形成されている。また、前記サンプル挿入溝２１２の一側壁にはスクリュー孔２２０が貫通されている。
【００１１】
前記従来のサンプルホルダ２００においてサンプル１０は図２及び図３からわかるように、前記サンプル挿入溝２１２内の一側にサンプル１０が挿入されており、サンプル１０の側面と接触されるようにアルミニウムからなるスペーサ２１６が挿入されており、前記スペーサ２１６の側壁には銅成分よりなる２つのセットスクリュー２１８が前記スペーサ２１６をサンプル１０方向に密着させてサンプル１０を固定している。
【００１２】
従来のサンプルホルダ２００にサンプル１０を固定する方法を説明すれば、まず所望の分析位置でウェーハを切断し、例えば、５ないし１０mmx４ないし６mmの大きさを有するサンプルを製作した後、サンプル１０をピンセットを用いて前記サンプル挿入溝２１２の中央に垂直に立たせておく。次いで、前記アルミニウムスペーサ２１６をサンプル１０の側面に同一な方法で挿入させた後、スクリュー孔２２０を通じてスクリュー２１８を前進させ、前記スペーサ２１６をしてサンプル１０をサンプル挿入溝２１２の一側壁に密着固定させる。前記スクリュー２１８は後面に一文字溝が形成されたマイナススクリューであり、前記スクリュー２１８はスクリュー孔２２０を通じて一文字型ドライバーを挿入させた後で回動させることによって前進される。
【００１３】
しかし、前記従来のサンプルホルダ２００の場合、スクリュー２１８を用いてサンプル１０を固定するために次のような問題点が生じる。
【００１４】
第１、スクリュー２１８に加えられるドライバーのねじ回し力がスペーサ２１６を経てサンプル１０に伝達されてサンプル１０が割れやすい。したがって、割れたパーチクルは高真空に保たれる図１のサンプルチャンバ１０４内の各種のOリングにリークを誘発することになり、これによって外部空気がサンプルチャンバ１０４内に流入されてサンプルチャンバ１０４の真空度が低下されると同時にターボポンプ１３０の性能を低下させることになる。また、サンプルチャンバ１０４内に流入された外部のガス分子はコラム部１０２に移動し、移動された外部ガス分子は電子銃１０８の末端に形成されたフィラメントチップに吸着される。このようなチップに吸着されたガス分子を除去するためにチップを加熱してフラッシングを行うことになり、この時チップに加えられるフラッシング電流がチップの終端を摩耗させて寿命を短縮させることになる。また、チップ寿命の短縮はチップの入れ替え周期を短くして機器の運休時間を増加させる原因となる。
【００１５】
第２、従来のサンプルホルダ２００にサンプル１０を固定するためには作業者が両手にドライバーとピンセットとを交互に取りつつ作業を行い、その作業工程数も１０段階余りに至るために作業者の熟練度が非常に要求される。また、スクリュー２１８のねじ回し力が一定しないために、ねじ回し力の強度によってサンプルの破損またはサンプルの離脱が生じる恐れがある。
【００１６】
第３、スクリュー２１８の劣化によって周期的な入れ替えが不回避なので消耗性部品の需給費用が増加することになる。
【００１７】
第４、スクリュー２１８をスクリュー孔２２０を通じて繰り消して進退させるためにスクリュー及びスクリュー孔２２０の内壁が摩耗され、パーチクルの発生原因となると同時にスクリューのねじ合わせ力が緩んでサンプルの離脱が発生されうる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、前記問題点を改善するためにスクリューの代りに一定の弾性力を有する弾性体を用いてサンプルを固定させることによってサンプルの割れを防止しうるサンプルホルダを提供することである。
【００１９】
本発明の他の目的は、サンプルの挿入及び除去作業が非常に単純化されて作業工程数を減らせるサンプルホルダを提供することである。
【００２０】
本発明のさらに他の目的は、本発明のサンプルホルダにサンプルを容易に挿入及び除去しうるサンプル固定補助装置を提供することである。
【００２１】
本発明のさらに他の目的は、本発明のサンプルホルダとサンプル固定補助装置とを用いてサンプルホルダ内にサンプルを固定する方法を提供することである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明のサンプルホルダは、先端部にサンプルを装着して固定させうるサンプル固定部が形成されており、長手方向に延びたホルダ胴体を含む。前記サンプル固定部で前記サンプルを上側から挿入して保てるように上側が開放された溝状であって、前記ホルダ胴体の長手方向に延びた第１空間部が形成されており、前記第１空間部内に装着されるサンプルの一側と接触しつつ弾性力により前記サンプルを前記第１空間部内に圧着して固定させうる弾性支持部材を含む。前記ホルダ胴体は略円形の棒状になっており、先端部に形成された前記サンプル固定部は前記棒状の一部が水平的に除去されて平坦な水平面を含むことができる。
【００２３】
また、前記弾性支持部材が長手方向に進退自在に前記第１空間部の一側と隣接され、前記ホルダ胴体内に長手方向に延びて上側が開放された溝状の第２空間部と、前記第１空間部内にサンプルの挿入及び除去が容易に前記第１空間部の側面に沿って上側が開放された溝状に第３空間部がさらに備えられる。
【００２４】
一方、前記弾性支持部材は、前記第２空間部内で長手方向に進退自在なサンプル支持体及び前記サンプル支持体と結合して前記サンプル支持体をして前記第１空間部内に装着されるサンプルを前記第１空間部内に圧着固定させうる弾性体を含む。
【００２５】
前記第２空間部の幅が前記第１空間部の幅より広く、前記サンプル支持体は前記サンプルを前記第１空間部内に長手方向に支持する本体と半径方向に支持する突出部とを備えて平面形状が全体的に“L”字状をなすことができ、前記サンプル支持体の前記突出部の表面が前記本体の表面より低まった段差が形成されたことが望ましく、前記サンプル支持体の前記本体表面上に第１突起が形成されており、前記サンプルホルダ胴体の外表面上に第２突起が形成されたことが望ましい。
【００２６】
一方、前記弾性体は圧縮力を用いた圧縮弾性体または引張り力を用いた引張り弾性体であり、圧縮弾性体を用いる場合に前記ホルダ胴体には前記第２空間部と連通される弾性体挿入溝がさらに形成されており、前記圧縮弾性体の一端が前記弾性体挿入溝に挿入され、他端が前記サンプル支持体と接触して前記サンプル支持体を進退自在に構成しうる。
【００２７】
前記本発明のさらに他の目的を達成するための本発明に係るサンプルホルダ内にサンプルを固定するための補助装置は、基板と、前記基板上に一定の高さに形成されており、前端部にサンプル固定部が形成された棒状のサンプルホルダをその上部表面上に支持しうる第１ホルダ支持台と、前記基板上で前記第１ホルダ支持台と離隔されており、前記第１ホルダ支持台に対応して前記サンプルホルダを水平に支持しうる第２ホルダ支持台を含む。また、前記第１ホルダ支持台の上面上で前記サンプルホルダの前端部から一定長さ以上の前進運動を防止する第１ストッパが形成されており、前記基板上に設けられ、前記第１ホルダ支持台及び第２ホルダ支持台上に置かれるサンプルホルダの後進運動を防止する第２ストッパが形成される。
【００２８】
前記第１ストッパは前記サンプルホルダの前端部の一部が貫通される貫通孔を備え、前記第１ホルダ支持台の上面で前記サンプルホルダに形成される第１突起が前記貫通孔の入口にかかる形に前記サンプルホルダの前進運動を防止するように構成されており、前記第２ストッパは前記サンプルホルダの前進方向に上向く傾斜面と前記傾斜面の末端部から下向く係止片を備え、前記第１ホルダ支持台の上面で前記サンプルホルダに形成される第２突起が前記係止片にかかる形に前記サンプルホルダの後進運動を防止するように構成されている。
【００２９】
また、前記第２ストッパは圧縮弾性体を内蔵しており、前記サンプルホルダが前進運動時、前記サンプルホルダの第２突起が前記傾斜面に沿って移動しつつ前記第２ストッパを圧縮して下向かせ、前記傾斜面を通過した後、前記圧縮弾性体の弾性力により前記第２ストッパが上向いて前記第２突起が前記係止片にかかる形に前記サンプルホルダの後進運動を防止するように構成されうる。
【００３０】
一方、前記本発明のさらに他の目的を達成するために本発明は、前記サンプルを固定するための補助装置を用いて、前端部にサンプルを装着して固定させうるサンプル固定部が形成されており、外面上に第２突起が形成されている長手方向に延びたホルダ胴体と、前記サンプル固定部で前記サンプルを上側から挿入して保てるように上側が開放されて前記ホルダ胴体の長手方向に延びた第１空間部及び前記第１空間部内に装着されるサンプルの一側と接触しつつ弾性力により前記サンプルを前記第１空間部内に圧着して固定させうる第１突起を有する弾性支持部材を含むサンプルホルダ内にサンプルを固定する方法において、前記第１ホルダ支持台及び第２ホルダ支持台上に前記サンプルホルダを装着させる段階と、前記サンプルホルダの第１突起が前記第１ストッパによってかかりつつ前記弾性支持部材を後進させると同時に第２突起が前記第２ストッパの係止片にかかりつつ前記サンプルホルダの後進運動を防止可能に前記サンプルホルダを前記第１ホルダ支持台及び第２ホルダ支持台上で前進位置させる段階と、前記後進された弾性支持部材により確保された第１空間部内にサンプルを装着させる段階と、前記第２ストッパの係止片と前記サンプルホルダの第２突起との係合を解除させつつ前記サンプルホルダを後進させると同時に前記弾性支持部材の弾性力により前記第１空間部内に装着されたサンプルを固定させる段階を含む。
【００３１】
本発明によれば、スクリューに加えられる作業者のねじ回し力が一定でない従来の技術に比べて弾性体が有する一定の弾性力によりサンプルを圧着固定させうるためにサンプルの割れが防止され、サンプルホルダからサンプルの離脱が効率よく防止される。
【００３２】
また、本発明によれば、ドライバーを用いて作業者が直接スクリューをねじ回してサンプルを固定させる代わりに本発明の補助装置を用いることによって容易にサンプル固定作業が行える。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づいて本発明の実施例をさらに詳しく説明する。後述する実施例は多様な他の形に変形でき、本発明の範囲が下記実施例に限定されるものではない。本発明の実施例は当業者に本発明をさらに完全に説明するために提供されるものである。
【００３４】
図４は本発明の一実施例に係るサンプルホルダを概略的に示す図面であり、図５は図４のサンプル固定部を拡大した斜視図であり、図６は図４のVI-VI'線に沿って切断した断面図であり、第１空間部内にサンプル２０が装着された場合を示す。
【００３５】
図４ないし図６を参照すれば、本実施例のサンプルホルダ３００のホルダ胴体は略円形の棒状に構成され、その先端部にはサンプルを挿入して固定しうるサンプル固定部が形成され、その後端部には取っ手３０６が形成される。前記ホルダ胴体は先端部にサンプル固定部が形成されている第１ホルダ胴体３０２と後端部に取っ手３０６が形成される第２ホルダ胴体３０４が着脱可能に構成されている。前記第１ホルダ胴体３０２に比べて第２ホルダ胴体３０４が若干厚い形に構成されているが、本発明は必ずこれに限定されるものではない。
【００３６】
前記第１ホルダ胴体３０２の先端部の末端にはサファイアからなるチップ３１０が形成されており、前記第２ホルダ胴体３０４の中間には第２突起３０８が形成されている。前記第２突起３０８は前記サンプルホルダ３００が図１のサンプルチャンバ１０４内にローディングまたはアンローディングされる時、サンプルチャンバ１０４内にサンプルホルダ３００が正確に装着されたか否かを、予備チャンバ１０６内に設けられた感知部(図示せず)との接触の有無で確認する。
【００３７】
一方、前記第１ホルダ胴体３０２の先端部に形成されるサンプル固定部は前記円形の棒状からなる第１ホルダ胴体３０２の一部が水平的に除去されて略平坦な水平面を含んでおり、その水平面の外郭には一定の高さを有するダムが残留する形に構成されている。もちろん、前記サンプル固定部を取囲むダムが存在せず外郭まで水平面よりなりうる。
【００３８】
一方、サンプル固定部にはその水平面内にサンプルを挿入して固定させうる一定の深さを有し、サンプルホルダ３００の長手方向に延びた溝状の上側が開放された第１空間部３１２が形成されている。前記第１空間部３１２の幅(図６のT２)は本実施例でサンプルの厚さ(図６のT１であって、約０．８mm)を考慮して約０．９mm程度になるように形成されている。前記第１空間部３１２の幅と深さは分析しようとするサンプルの大きさによって適切に選択して形成しうる。一方、前記第１空間部３１２の長さは後述するようにサンプルの大きさによって弾性支持部材の進退により適切に確保されうる。
【００３９】
一方、前記第１空間部３１２と接して一部重畳される上側が開放された第２空間部３２２が形成されている。第２空間部３２２はサンプルホルダ３００の長手方向に延びた溝状の空間であって、第２空間部３２２内には弾性支持部材が位置することになる。前記弾性支持部材は弾性力によりサンプル２０を第１空間部３１２内に圧縮支持することによって、平面形状が略“L”字状になるように構成されたサンプル支持体３１６と前記サンプル支持体３１６に弾性力を加える圧縮バネよりなる弾性体３２０より構成される。
【００４０】
前記サンプル支持体３１６は四面体形の本体とその側面に前記本体より低い突出部を有する形に構成されるために、第１空間部３１２内に装着されるサンプル２０をサンプルホルダ３００の長手方向と半径方向に同時に圧縮支持させる。前記サンプル支持体３１６で突出部は必ずしも形成すべきものではないが、サンプル２０を両方向から圧縮可能なのでさらに堅固にサンプル２０を固定させうる。
【００４１】
一方、前記サンプル支持体３１６の側面突出部は走査電子顕微鏡内でサンプルの分析のためのチルティング時、電子ビーム走査を妨害しないようにサンプル支持体３１６の本体より低くすることが望ましい。一方、サンプル支持体３１６の本体の上側には第１突起３１８が一定の高さに形成されており、前記第１ホルダ胴体３０２内には前記弾性体３２０が挿入されうる弾性体挿入溝がさらに形成されている。前記弾性体３２０は前記弾性体挿入溝の前端方向から挿入してもよく、第２ホルダ胴体３０４を分離させた後、後端方向から挿入しても良い。
【００４２】
一方、本実施例では前記弾性体３２０として圧縮バネを用いたが、第１ホルダ胴体３０２の先端部側の一定の位置に固定点を有する引張りバネを用いて前記サンプル支持体３１６に引張り力を与えることによってサンプル２０を第１空間部３１２内に圧縮固定させうる。
【００４３】
前記第２空間部３２２の反対側には第１空間部３１２と接する第３空間部３１４がサンプルホルダ３００の長手方向に上側が開放された溝状に形成されている。前記第３空間部３１４はピンセットを用いてサンプル２０の前記第１空間部３１２内への挿入/除去時に作業を容易にするためである。また、第３空間部３１４の深さは、図６のように第１空間部３１２より低いが、ピンセットを用いて第１空間部４１２内にサンプル２０を円滑に挿入させうる程度に適切に選択しうる。また、第１空間部３１２と第３空間部３１４が接する部分ではウェーハが容易に挿入可能に第３空間部３１４の底部の角部が適切な角(図６において“θ”)に面取されている。前記角部は丸くラウンドされうる。
【００４４】
図７は本発明の一実施例に係る図４のサンプルホルダ３００内にサンプルを装着するために用いられるサンプル固定補助装置４００を概略的に示す側面図であり、図８は図７のサンプル固定補助装置４００を概略的に示す平面図である。
【００４５】
図７及び図８を参照すれば、例えば、プラスチックよりなる一定広さの基板４０２上に一定高さの第１支持台４０４、第２支持台４０８及び第３支持台４０６が相互一定の間隔に離隔されるようにそれぞれボルトで支持されている。前記第１支持台４０４、第２支持台４０８及び第３支持台４０６の上面の中央上には図４の円形棒状のサンプルホルダ３００をその上に安定的に支持するために半円型の溝がそれぞれ形成されている。
【００４６】
図面において、前記第１支持台４０４の上面の左側先端部はサンプルホルダ３００のサファイアチップ３１０がこれ以上前進されないように壁体で構成され、上面の右側端部上には内部に貫通孔を有する第１ストッパ４１２がボルトで支持されている。前記第１ストッパの貫通孔の上側部には図４のサンプルホルダ３００が図面の右側から左側に前進する時、前記サンプル支持体３１６の上面上に形成された第１突起３１８が係止されるように半円状の係止溝４２０が形成されている。また、前記第１ストッパ４１２に対応して前記壁体の内側に補助ストッパ４１０がさらに設けられる。第２支持台４０８及び第３支持台４０６は略同じ形状をし、また前記基板４０２上にボルトで支持されうる。中央に位置する前記第３支持台４０６は必ずしも備えられなければならないものではない。
【００４７】
一方、前記第２支持台４０８と第３支持台４０６との間の前記基板４０２上には第２ストッパ４１４が形成されており、またボルトで支持されている。前記第２ストッパ４１４は図面の右側から左側に上向く傾斜面と前記傾斜面から垂直に下向く係止片を備え、図４のサンプルホルダ３００の外面上に形成された第２突起３０８が前記第２ストッパ４１４の前記係止片に係止されて図面の右側に後進することを防止させるためである。前記第２ストッパ４１４の内部には圧縮バネよりなる圧縮弾性体４１８が内蔵されて前記第２ストッパ４１４を昇降可能にする。また、前記第２ストッパ４１４の外側面には前記第２ストッパ４１４を強制的に下向かせるための下向き取っ手４１６が形成されている。
【００４８】
図７のサンプル固定補助装置４００を用いて図４のサンプルホルダ３００内にサンプルを装着して固定させる方法を図９ないし図１１を参照してさらに具体的に説明する。図９は図７のサンプル固定補助装置４００上にサンプル固定のために図４のサンプルホルダ３００を装着した段階を示す図面であり、図１０は図９でサンプルホルダ３００を前進させてサンプルをサンプルホルダ３００内に挿入させた段階を示す図面であり、図１１は図１０でサンプルホルダ３００内にサンプルを挿入させた後、サンプルホルダ３００を後進させてサンプルを固定させた段階を示す。
【００４９】
図９を参照すれば、第１支持台４０４、第２支持台４０８及び第３支持台４０６の上面上に形成された半円型の溝上に第１ホルダ胴体３０２の先端部に形成されたサンプル固定部が上向くように前記サンプルホルダ３００を装着する。この際、前記サンプル固定部の一部は前記第１支持台４０４の表面上に設けられた第１ストッパ４１２内に形成された貫通孔内に一部挿入されている。
【００５０】
次いで、図１０を参照すれば、サンプルホルダ３００を左側方向に前進運動させてサンプルホルダ３００をサンプル固定補助装置４００上に固定させる。さらに具体的に、作業者が取っ手３０６を取って前記サンプルホルダ３００を左側方向に前進させれば、サンプルホルダ３００の第２ホルダ胴体３０４の外面上に設けられた第２突起３０８が第２ストッパ４１４の傾斜面に沿って移動され、この時第２突起３０８の前進する力により前記第２ストッパ４１４を押圧しつつ下向かせる。第２突起３０８が傾斜面の末端部を通過すれば第２突起３０８が第２ストッパ４１４を押圧する力が解除され、前記第２ストッパ４１４は内部に内蔵された圧縮弾性体４１８の弾性力を受けて元の位置に上向く。したがって、第２突起３０８は前記第２ストッパ４１４の垂直する係止片に係止されてサンプルホルダ３００の図面の右側方向への後進が防止される。
【００５１】
一方、第２突起３０８が前記第２ストッパ４１４の係止片に係止されてサンプルホルダ３００の後進が防止されると同時に、第１ホルダ胴体３０２のサンプル支持体３１６の上面上に形成された第１突起３１８は第１支持台４０４上に形成された第１ストッパ４１２の係止溝４２０に係止される。したがって、前記サンプルホルダ３００は前進運動するが、前記サンプル支持体３１６は前記第１ホルダ胴体３０２内に挿入されている圧縮弾性体３２０を圧縮させつつ後進運動することになる。前記サンプル支持体３１６が後進されることによって第１ホルダ胴体３０２内に形成された第１空間部３１２がサンプルを挿入するのに十分な長さとして確保される。次いで、作業者はピンセットを用いて前記第１空間部３１２にサンプルを挿入する。
【００５２】
次いで、図１１を参照すれば、作業者は第２ストッパ４１４の外側面に形成された下向き取っ手４１６を押圧しつつ前記第２突起３０８を第２ストッパ４１４の係止片から解除させた後、前記サンプルホルダ３００を右側方向に後進させる。この際、前記サンプル支持体３１６は圧縮弾性体３２０の弾性力により左側方向に前進運動することになり、サンプル支持体３１６により第１空間部３１２内に挿入されたサンプルを圧着固定することになる。このようにサンプル２０がサンプルホルダ３００に圧着固定された後、図１のサンプルチャンバ１０４内にサンプルホルダ３００をローディングさせた後、所望のサンプル分析作業を行う。
【００５３】
図１２ないし図１５は図７のサンプル固定補助装置４００を用いてサンプルホルダ３００内にサンプル２０を固定させる方法を各段階別に示した概略的な平面図であって、サンプル固定補助装置４００の第１支持台４０４とサンプルホルダ３００の第１ホルダ胴体３０２の先端部に形成されたサンプル固定部の周辺を詳細に示した図面である。
【００５４】
図１２を参照すれば、圧縮弾性体３２０の圧縮力によりサンプル支持体３１６が進退される第２空間部３２２内で左側に最大に移動してサンプルが挿入された第１空間部３１２の長さが最小化されている。
【００５５】
次いで、図１３を参照すれば、サンプルホルダ３００を図１２の矢印方向の左側に前進運動させると、前記図１０のように第２突起３０８と第２ストッパ４１４によりサンプルホルダ３００の後進運動が防止されると同時に前記第１突起３１８が第１ストッパ４１２の係止溝４２０に係止されてサンプル支持体３１６はこれ以上の前進運動はせず、第１空間部３１２の長さは、矢印で表したように、サンプルが挿入できるように十分に確保される。図１４を参照すれば、作業者はピンセットを用いて前記第１空間部３１２内にサンプル２０を挿入させる。
【００５６】
次いで、図１５を参照すれば、図１１のように第２ストッパ４１４の下向取っ手４１６を押圧しつつサンプルホルダ３００を矢印のように後進運動させる。この際、圧縮弾性体３２０の圧縮力により前記サンプル支持体３１６は左側方向に前進されてサンプル２０を第１空間部３１２内に圧着して固定させる。
【００５７】
以上、本発明の実施例について詳しく説明したが、本発明は前記実施例に限定されず、本発明が属する技術的思想内で当業者により多くの変形及び改良が可能である。特に、本実施例において前記サンプル支持体３１６は圧縮弾性体３２０により進退自在に構成されているが、弾性体の固定点をサンプル支持体３１６が進退される第２空間部３２２の左側に位置させることによって、引張り弾性体を用いて前記サンプル支持体３１６を進退させうるのはもちろんである。また、本実施例では、たとえ第２ストッパ４１４は圧縮弾性体４１８を用いて昇降させるものと説明したが、第２ストッパは内部に弾性体が内蔵されていない固定ストッパで構成した後、サンプルホルダ３００をサンプル固定補助装置４００上に固定させるために前進運動させる時、サンプルホルダ３００を時計回り方向または逆時計回り方向に回転させてから前進させ、引き続き第２突起３０８が第２ストッパ４１４の係止片を通過した後、サンプルホルダ３００を原位置に回転して固定させうるのはもちろんである。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、スクリューとドライバーとを用いてサンプルを固定させず、弾性体の圧縮力によりサンプルを固定させるためにサンプルの固定力が常に一定に保たれ、さらにサンプルの大きさによって弾性体の弾性力が自動的に調節されてサンプルの割れが防止されうる。したがって、走査電子顕微鏡のサンプルチャンバ１０４内の各種のOリングに生じたリークが防止されてサンプルチャンバ１０４の真空度が低下されず、長時間使用でき、かつ外部ガス分子の流入が遮断されて電子銃１０８のフィラメントチップの寿命がはるかに延びた。
【００５９】
また、本発明によれば、従来のサンプルホルダ内にサンプル固定のための作業工程数が１０段階余りに至ったが、本発明のサンプル固定補助装置を用いると作業工程数が４段階に減ってサンプルの入替え作業が非常に容易になり、ひいてはヒューマンエラーの発生が著しく減少された。
【００６０】
また、本発明によれば、スクリューのような消耗性部品を用いないために部品の需給費用が著しく減少された。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の一般のサンプルホルダが装着された垂直走査電子顕微鏡の構造を示す概略図である。
【図２】 従来のサンプルホルダを概略的に示す図面である。
【図３】 図２のIII-III'線に沿って切断した断面図である。
【図４】 本発明の一実施例に係るサンプルホルダを概略的に示す図面である。
【図５】 図４のサンプル装着部を拡大した斜視図である。
【図６】 図４のVI-VI'線に沿って切断した断面図である。
【図７】 本発明の一実施例に係るサンプル固定補助装置を概略的に示す側面図である。
【図８】 図７のサンプル固定補助装置を概略的に示す平面図である。
【図９】 図７のサンプル固定補助装置上にサンプルを固定するためにサンプルホルダを装着した段階を示す図面である。
【図１０】 図９においてサンプルホルダを前進させてサンプルをサンプルホルダ内に挿入させた段階を示す図面である。
【図１１】 図１０においてサンプルホルダ内にサンプルを挿入させた後、サンプルホルダを後進させてサンプルを固定させた段階を示す図面である。
【図１２】 図７のサンプル固定補助装置を用いてサンプルホルダ内にサンプルを固定させる方法を各段階別に示す概略的な平面図である。
【図１３】 図７のサンプル固定補助装置を用いてサンプルホルダ内にサンプルを固定させる方法を各段階別に示す概略的な平面図である。
【図１４】 図７のサンプル固定補助装置を用いてサンプルホルダ内にサンプルを固定させる方法を各段階別に示す概略的な平面図である。
【図１５】 図７のサンプル固定補助装置を用いてサンプルホルダ内にサンプルを固定させる方法を各段階別に示す概略的な平面図である。
【符号の説明】
１０６ 予備チャンバ
３００ サンプルホルダ
３０２ 第１ホルダ胴体
３０４ 第２ホルダ胴体
３０６ 取っ手
３０８ 第２突起
３１０ チップ
Claims (18)
- 先端部にサンプルを装着して固定させうるサンプル固定部が形成されており、長手方向に延びたホルダ胴体と、前記サンプル固定部で前記サンプルを上側から挿入して保てるように上側が開放された溝状よりなって前記ホルダ胴体の長手方向に延びた第１空間部と、前記第１空間部内に装着されるサンプルの一側と接触しつつ弾性力により前記サンプルを前記第１空間部内に圧着して固定させうる弾性支持部材とを含み、
前記弾性支持部材が長手方向に進退自在に前記第１空間部の一側と隣接され、前記ホルダ胴体内に長手方向に延長され、上側が開放された溝状の第２空間部が備えられ、
前記第１空間部内へのサンプルの挿入 / 除去を容易にするために前記第１空間部の側面に沿って上側が開放された溝状に第３空間部がさらに備えられていることを特徴とする走査型電子顕微鏡用サンプルホルダ。 - 前記ホルダ胴体は略円形の棒状になっており、先端部に形成された前記サンプル固定部は前記棒状の一部が水平的に除去されて平坦な水平面を含むことを特徴とする請求項１に記載の走査型電子顕微鏡用サンプルホルダ。
- 前記第１空間部の底部より第３空間部の底部がさらに深く、第１空間部と接する前記第３空間部の端部がラウンドまたは面取されていることを特徴とする請求項１に記載の走査型電子顕微鏡用サンプルホルダ。
- 前記弾性支持部材は、前記第２空間部内で長手方向に進退自在なサンプル支持体と、前記サンプル支持体と結合して前記サンプル支持体をして前記第１空間部内に装着されるサンプルを前記第１空間部内に圧着固定させうる弾性体とを含むことを特徴とする請求項１に記載の走査型電子顕微鏡用サンプルホルダ。
- 前記第２空間部の幅が前記第１空間部の幅より広く、前記サンプル支持体は前記サンプルを前記第１空間部内に長手方向に支持する本体と半径方向に支持する突出部とを備えて平面形状が全体的に“Ｌ”字状であることを特徴とする請求項４に記載の走査型電子顕微鏡用サンプルホルダ。
- 前記サンプル支持体の前記突出部の表面が前記本体の表面より低まった段差が形成されたことを特徴とする請求項５に記載の走査型電子顕微鏡用サンプルホルダ。
- 前記サンプル支持体の前記本体の表面上に第１突起がさらに形成されており、前記サンプルホルダ胴体の外表面上に第２突起がさらに形成されたことを特徴とする請求項６に記載の走査型電子顕微鏡用サンプルホルダ。
- 前記サンプル支持体の前記突出部の末端部がラウンドされたことを特徴とする請求項６に記載の走査型電子顕微鏡用サンプルホルダ。
- 前記弾性体は圧縮力を用いた圧縮弾性体であることを特徴とする請求項４に記載の走査型電子顕微鏡用サンプルホルダ。
- 前記ホルダ胴体には前記第２空間部と連通される弾性体挿入溝がさらに形成されており、前記圧縮弾性体の一端が前記弾性体挿入溝に挿入され、他端が前記サンプル支持体と接触して前記サンプル支持体を進退自在に構成されたことを特徴とする請求項９に記載の走査型電子顕微鏡用サンプルホルダ。
- 前記弾性体は引張り力を用いた引張り弾性体であることを特徴とする請求項４に記載の走査型電子顕微鏡用サンプルホルダ。
- 基板と、前記基板上に一定の高さに形成されており、前端部にサンプル固定部が形成された棒状のサンプルホルダをその上部表面上に支持する第１ホルダ支持台と、前記基板上で前記第１ホルダ支持台と離隔されており、前記第１ホルダ支持台に対応して前記サンプルホルダを水平に支持する第２ホルダ支持台と、前記第１ホルダ支持台の上面上で前記サンプルホルダの前端部から一定の長さ以上の前進運動を防止する第１ストッパと、前記基板上に設けられ、前記第１ホルダ支持台及び第２ホルダ支持台上に置かれるサンプルホルダの後進運動を防止する第２ストッパとを含む走査型電子顕微鏡用サンプルホルダ内にサンプルを固定するための補助装置。
- 前記第１ホルダ支持台及び第２ホルダ支持台の上面上には前記棒状のサンプルホルダを装着するための円形溝がさらに形成されたことを特徴とする請求項１２に記載の走査型電子顕微鏡用サンプルホルダ内にサンプルを固定するための補助装置。
- 前記第１ストッパは前記サンプルホルダの前端部の一部が貫通される貫通孔を備え、前記第１ホルダ支持台の上面で前記サンプルホルダに形成される第１突起が前記貫通孔の入口にかかる形に前記サンプルホルダの前進運動を防止することを特徴とする請求項１２に記載の走査型電子顕微鏡用サンプルホルダ内にサンプルを固定するための補助装置。
- 前記第２ストッパは前記サンプルホルダの前進方向に上向く傾斜面と前記傾斜面の末端部から下向く係止片とを備え、前記第１ホルダ支持台の上面で前記サンプルホルダに形成される第２突起が前記係止片にかかる形に前記サンプルホルダの後進運動を防止することを特徴とする請求項１２に記載の走査型電子顕微鏡用サンプルホルダ内にサンプルを固定するための補助装置。
- 前記第２ストッパは圧縮弾性体を内蔵しており、前記サンプルホルダの前進運動時、前記サンプルホルダの第２突起が前記傾斜面に沿って移動しつつ前記第２ストッパを圧縮して下向かせ、前記傾斜面を通過してから前記圧縮弾性体の弾性力により前記第２ストッパが上向いて前記第２突起が前記係止片にかかる形に前記サンプルホルダの後進運動を防止することを特徴とする請求項１５に記載の走査型電子顕微鏡用サンプルホルダ内にサンプルを固定するための補助装置。
- 前記第２ストッパの側面には前記第２ストッパを強制的に下向かせうる下向き取っ手がさらに備えられることを特徴とする請求項１６に記載の走査型電子顕微鏡用サンプルホルダ内にサンプルを固定するための補助装置。
- 前端部にサンプルを装着して固定させるサンプル固定部が形成されており、外表面上に第２突起が形成されている長手方向に延びたホルダ胴体と、前記サンプル固定部で前記サンプルを上側から挿入して保てるように上側が開放され、前記ホルダ胴体の長手方向に延びた第１空間部及び前記第１空間部内に装着されるサンプルの一側と接触しつつ弾性力により前記サンプルを前記第１空間部内に圧着して固定させる第１突起を有する弾性支持部材とを含むサンプルホルダ内にサンプルを固定する方法において、前記第１ホルダ支持台及び第２ホルダ支持台上に前記サンプルホルダを装着させる段階と、前記サンプルホルダの第１突起が前記第１ストッパによってかかりつつ前記弾性支持部材を後進させ、同時に第２突起が前記第２ストッパの係止片にかかりつつ前記サンプルホルダの後進運動を防止するように前記サンプルホルダを前記第１ホルダ支持台及び第２ホルダ支持台上で前進位置させる段階と、前記後進された弾性支持部材により確保された第１空間部内にサンプルを装着さする段階と、前記第２ストッパの係止片と前記サンプルホルダの第２突起との係合を解除しつつ前記サンプルホルダを後進させると同時に前記弾性支持部材の弾性力により前記第１空間部内に装着されたサンプルを固定させる段階とを含む走査型電子顕微鏡用サンプルホルダ内にサンプルを固定する方法。
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