JP6900026B2 - 荷電粒子ビーム装置 - Google Patents
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Description
ところで、上記従来技術に係る複合荷電粒子ビーム装置においては、試料または用途の多様化などに応じて各種の試料ホルダが用いられるので、試料ホルダ毎に試料ステージの異なる動作を制御する必要が生じる。しかしながら、試料ホルダに対する試料の取り付けまたは試料ホルダの選択などに人為的なミスが生じる場合には、試料ステージを適正に動作させることが困難であり、電子ビーム鏡筒に試料が接触してしまう虞がある。
(3)また、本発明の一態様は、(1)に記載の荷電粒子ビーム装置において、前記駆動手段は、少なくとも前記試料ステージの傾斜に干渉しない範囲で前記変位部材を変位させるアクチュエータを備えることを特徴とする。
図1は、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置10の概略構成を示す斜視図である。図2は、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置10の概略構成の一部を示す側面図である。図3は、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置10のシャッター機構20を拡大して示す斜視図である。図4は、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置10のシャッター機構20および試料台12の概略構成を示す側面図である。
なお、以下において、X軸、Y軸、およびZ軸は3次元直交座標系を成し、X軸およびY軸は、荷電粒子ビーム装置10の上下方向に直交する基準面(例えば、水平面など)に平行であり、Z軸は上下方向(例えば、水平面に直交する鉛直方向など)に平行である。
また、電子ビーム鏡筒13および集束イオンビーム鏡筒14の照射対象は、試料Sに限らず、試料片、試料片ホルダ、および照射領域内に存在するニードル18などであってもよい。
試料台12は、試料Sが載置される試料ステージ31と、試料ステージ31をZ軸に平行な回転軸の軸周りに回転駆動する第1回転機構32と、試料ステージ31および第1回転機構32を支持する第1支持部33と、を備えている。試料台12は、第1支持部33をX軸、Y軸、およびZ軸の各々に沿って平行に移動させるステージ移動機構34と、第1支持部33およびステージ移動機構34を支持する第2支持部35と、を備えている。試料台12は、第2支持部35をX軸に平行な傾斜軸Tの軸周りに回転駆動する第2回転機構36を備えている。第2回転機構36は、試料室11に固定されている。第2回転機構36は、試料ステージ31をY軸に対して任意の角度に傾斜させる。第1回転機構32、ステージ移動機構34、および第2回転機構36の各々は、荷電粒子ビーム装置10の動作モードなどに応じて制御装置21から出力される制御信号によって制御される。
なお、電子ビーム鏡筒13および集束イオンビーム鏡筒14は相互の配置を入れ替えるように、電子ビーム鏡筒13を傾斜方向に配置し、集束イオンビーム鏡筒14をZ軸方向に配置してもよい。
荷電粒子ビーム装置10は、二次荷電粒子検出器15およびEDS検出器16に限らず、他の検出器を備えてもよい。他の検出器は、例えば、反射電子検出器、およびEBSD検出器などである。反射電子検出器は、電子ビームの照射によって照射対象から反射される反射電子を検出する。EBSD検出器は、電子ビームの照射によって照射対象から発生する電子線後方散乱回折パターンを検出する。なお、二次荷電粒子検出器15のうち二次電子を検出する二次電子検出器と、反射電子検出器とは、電子ビーム鏡筒13の筐体内に収容されてもよい。
ニードル18は、例えば、試料台12とは独立して設けられるニードル駆動機構18aによって試料室11内を変位させられる。ニードル18は、試料台12に固定された試料Sから微小な試料片を取り出し、試料片を保持して試料片ホルダに移設する。
ガス供給部17およびニードル駆動機構18aの各々は、荷電粒子ビーム装置10の動作モードなどに応じて制御装置21から出力される制御信号によって制御される。
第1支持部材41は、試料室11に固定されている。第1支持部材41の外形は、例えば、X軸方向に伸びる棒状に形成されている。第1支持部材41のX軸方向における先端部41aは、試料室11の内部において駆動機構42を支持している。第1支持部材41は、試料室11の外部に設けられる端子41bに電気的に接続されるケーブル46を内部に保持している。
第2支持部材44は、駆動機構42によってX軸方向またはY軸方向に変位する場合であっても、電子ビーム鏡筒13から照射対象に照射される電子ビームに干渉しないように、電子ビーム鏡筒13の出射端部13aと試料ステージ31との間から離れた位置に配置されている。
変位部材45は、第2支持部材44に固定されている。変位部材45の形状は、例えば、X軸方向に伸びる板状に形成されている。変位部材45は、例えば、チタンなどの非磁性の金属材料または導電性の表面被覆を有する樹脂材料などのように導電性を有する非磁性の材料により形成されている。
開閉部61は、例えば、照射対象に対する集束イオンビームの照射終了後などにおいて、電子ビーム鏡筒13から照射対象に電子ビームが照射される場合などに、駆動機構42による変位部材45の駆動によって退出位置に配置される。これにより開閉部61は、出射端部13aの開口13bを開放するように配置され、例えば、電子ビーム鏡筒13による照射対象に対する電子ビームの照射および照射対象から発生する二次電子の二次荷電粒子検出器15による観察に干渉しないように配置される。
変位部材45は、第2支持部材44およびケーブル46を介して、試料室11の外部の端子41bに電気的に接続されるので、接触部62と照射対象との接触有無に応じた電気特性の変化は、試料室11の外部で端子41bに接続される導通センサ24によって検出される。
制御装置21は、自動的なシーケンス制御におけるモード選択および加工設定などの各種の設定を行なうための画面を、表示装置23に表示させる。制御装置21は、二次荷電粒子検出器15およびEDS検出器16などの各種の検出器によって検出される状態量に基づいて生成する画像データを、画像データの操作画面とともに表示装置23に表示させる。制御装置21は、例えば、電子ビームまたは集束イオンビームの照射位置を走査しながら二次荷電粒子検出器15によって検出される二次荷電粒子の検出量を、照射位置に対応付けた輝度信号に変換して、二次荷電粒子の検出量の2次元位置分布によって照射対象の形状を示す画像データを生成する。制御装置21は、生成した画像データとともに、各画像データの拡大、縮小、移動、および回転などの操作を実行するための画面を、表示装置23に表示させる。
なお、導通センサ24は、上述の電気抵抗値に限らず、例えば、電流または電圧などのように、変位部材45と照射対象との間の電気特性の変化を検知することができる状態量を検出してもよい。
駆動機構42は、少なくとも試料ステージ31の傾斜軸Tに平行な移動方向に変位部材45を変位させるアクチュエータ51を備えるので、傾斜軸Tの軸周りにおける試料台12の回転に対して変位部材45の駆動が干渉することを抑制することができる。
接触部62の外形は円環板状に形成されているので、例えば、傾斜軸Tの軸周りにおける試料台12の回転に伴う、電子ビーム鏡筒13の出射端部13aに対する所定の接近方向での照射対象の接近に加えて、出射端部13aに対する任意の接近方向に対しても照射対象の接触有無を検知することができる。これにより、例えば照射対象の表面の凹凸などに起因して、X軸およびY軸に平行な平面内の任意の接近方向において照射対象が出射端部13aに接近する場合であっても、照射対象と出射端部13aとの接触が生じることを防ぐことができる。
試料室11および駆動機構42と、変位部材45との間を電気的に絶縁するとともに、照射対象と試料室11とを電気的に接続するので、変位部材45と照射対象との導通に関する電気特性の変化によって、変位部材45と照射対象との接触有無を容易に精度良く検知することができる。
試料室11および駆動機構42と、変位部材45との間を熱的に絶縁するので、冷却部材19によって変位部材45を照射対象よりも低温に冷却する場合であっても、駆動機構42が冷却されることを防ぎ、駆動機構42のスムースな動作を確保することができる。
図6は、上述した実施形態の第1変形例に係る荷電粒子ビーム装置10の変位部材45を試料ステージ31側から見た平面図であり、開閉部61が挿入位置において出射端部13aの開口13bを閉塞する状態を示す図である。
上述した実施形態において、変位部材45の接触部62の外形は、円環板状に形成されることによって、接触部62は、電子ビーム鏡筒13の出射端部13aの周辺に対する照射対象の任意の接近方向において出射端部13aよりも先に照射対象と接触可能になるとしたが、これに限定されない。接触部62の外形は、例えば、接触部62が所定の接近方向において出射端部13aよりも先に照射対象と接触可能になるような形状に形成されてもよい。
上述した実施形態において、変位部材45は開閉部61および接触部62を備えるとしたが、これに限定されない。変位部材45は、電子ビーム鏡筒13から照射対象に照射される電子ビームまたは照射対象から発生する二次荷電粒子の一部を遮るような観察部63を備えてもよい。
第2変形例に係る変位部材45は、例えば、開閉部61と接触部62との間に観察部63を備えている。観察部63には、少なくとも照射対象から発生する二次荷電粒子の一部を通過させる観察貫通孔63aが形成されている。観察貫通孔63aの大きさは、例えば、電子ビーム鏡筒13から照射対象に照射される電子ビームに干渉せずに、照射対象から発生する二次荷電粒子の一部を通過させるように、接触部62の貫通孔62aよりも小さく形成されている。
第2変形例に係る変位部材45は、例えば、駆動機構42によるX軸方向での変位部材45の駆動に応じて、開閉部61、接触部62、および観察部63の各々を、挿入位置と、挿入位置から離れた位置との間で変位可能に設けられている。
上述した実施形態において、変位部材45は開閉部61および接触部62を備えるとしたが、これに限定されない。変位部材45は、電子ビーム鏡筒13から照射対象に照射される電子ビームを絞るための絞り部64を備えてもよい。この絞り部64を備える変位部材45は、例えば、電子ビーム鏡筒13が走査型電子顕微鏡および透過型電子顕微鏡などの電子顕微鏡を構成するとともに、位相回復処理が実行される場合に用いられる。
第3変形例に係る変位部材45は、例えば、駆動機構42によるX軸方向での変位部材45の駆動に応じて、開閉部61、接触部62、および絞り部64の各々を、挿入位置と、挿入位置から離れた位置との間で変位可能に設けられている。
挿入位置に配置された絞り部64は、位相回復処理における実空間上の拘束条件として、照射対象を含む観察領域と、観察領域の外側においてゼロポテンシャルとなる外側領域とを形成することによって、位相回復処理の収束性を向上させる。電子回折像の観察時には、電子ビームをレンズによって広げて、所望の視野を絞り部64によって選択するので、電子ビームの照射密度を低減しながら、均一な強度分布とし、電子回折像の分解能を増大させることができる。
なお、位相回復処理は、先ず、ランダムに生成した実空間の実像をフーリエ変換して逆空間の電子回折像を生成する。そして、生成した電子回折像の振幅を、実験的に取得した電子回折像(逆空間)の振幅で置き換え、逆フーリエ変換によって実像(実空間)を再構成する。このように、フーリエ変換と逆フーリエ変換とを繰り返すことによって、実像の位相情報を回復する。
第3変形例に係る荷電粒子ビーム装置10は、実像および電子回折像の強度分布を得るための結像系の少なくとも一部を構成する電子ビーム鏡筒13と、電子ビームの照射による照射対象の透過電子を検出する検出器71と、検出器71による透過電子の検出を可能にするように照射対象(試料Sなど)を保持する試料ホルダ72と、を備えている。
Claims (8)
- 試料を載置する試料ステージと、
前記試料ステージを収容する試料室と、
前記試料に荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム鏡筒と、
前記荷電粒子ビーム鏡筒の出射端部と前記試料ステージとの間の挿入位置と、前記挿入位置から離れた退出位置との間で変位可能に設けられる開閉部、および前記試料ステージの動作時に前記出射端部よりも先に前記試料と接触可能な接触位置に設けられる接触部を有する変位部材と、
前記変位部材を変位させる駆動手段と、
前記試料と前記接触部との接触有無を検知する検知手段と、を備え、
前記接触部は、前記荷電粒子ビーム鏡筒から前記試料に照射される前記荷電粒子ビームを通過させる貫通孔を有し、
前記接触部は、前記開閉部が前記退出位置に配置される場合に前記貫通孔が前記挿入位置に配置されるように、前記開閉部に対する相対位置が設定されている、
ことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。 - 試料を載置する試料ステージと、
前記試料ステージを収容する試料室と、
前記試料に荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム鏡筒と、
前記荷電粒子ビーム鏡筒の出射端部と前記試料ステージとの間の挿入位置と、前記挿入位置から離れた退出位置との間で変位可能に設けられる開閉部、および前記試料ステージの動作時に前記出射端部よりも先に前記試料と接触可能な接触位置に設けられる接触部を有する変位部材と、
前記変位部材を変位させる駆動手段と、
前記試料と前記接触部との接触有無を検知する検知手段と、を備え、
前記駆動手段は、少なくとも前記試料ステージの傾斜軸に平行な移動方向に前記変位部材を変位させるアクチュエータを備える、
ことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。 - 前記駆動手段は、少なくとも前記試料ステージの傾斜に干渉しない範囲で前記変位部材を変位させるアクチュエータを備える、
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。 - 試料を載置する試料ステージと、
前記試料ステージを収容する試料室と、
前記試料に荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム鏡筒と、
前記荷電粒子ビーム鏡筒の出射端部と前記試料ステージとの間の挿入位置と、前記挿入位置から離れた退出位置との間で変位可能に設けられる開閉部、および前記試料ステージの動作時に前記出射端部よりも先に前記試料と接触可能な接触位置に設けられる接触部を有する変位部材と、
前記変位部材を変位させる駆動手段と、
前記試料と前記接触部との接触有無を検知する検知手段と、
前記試料室および前記駆動手段と、前記変位部材との間を電気的に絶縁する電気絶縁部材と、を備え、
前記検知手段は、
前記試料室の外部から前記変位部材に電圧を印加する電源と、
前記試料と前記試料室とを電気的に接続する電気接続部材と、を備え、
前記試料と前記接触部との接触有無を前記試料と前記接触部との導通有無によって検知する、
ことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。 - 試料を載置する試料ステージと、
前記試料ステージを収容する試料室と、
前記試料に荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム鏡筒と、
前記荷電粒子ビーム鏡筒の出射端部と前記試料ステージとの間の挿入位置と、前記挿入位置から離れた退出位置との間で変位可能に設けられる開閉部、および前記試料ステージの動作時に前記出射端部よりも先に前記試料と接触可能な接触位置に設けられる接触部を有する変位部材と、
前記変位部材を変位させる駆動手段と、
前記試料と前記接触部との接触有無を検知する検知手段と、
前記試料室および前記駆動手段と、前記変位部材との間を熱的に絶縁する熱絶縁部材と、
前記変位部材を前記試料よりも低温に冷却する冷却手段と、を備えることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。 - 前記冷却手段は、
前記試料の近傍に配置される冷却部材と、
前記冷却部材と前記変位部材とを熱的に接続する熱接続部材と、を備えることを特徴とする請求項5に記載の荷電粒子ビーム装置。 - 試料を載置する試料ステージと、
前記試料ステージを収容する試料室と、
前記試料に荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム鏡筒と、
前記荷電粒子ビーム鏡筒の出射端部と前記試料ステージとの間の挿入位置と、前記挿入位置から離れた退出位置との間で変位可能に設けられる開閉部、および前記試料ステージの動作時に前記出射端部よりも先に前記試料と接触可能な接触位置に設けられる接触部を有する変位部材と、
前記変位部材を変位させる駆動手段と、
前記試料と前記接触部との接触有無を検知する検知手段と、
前記試料の透過荷電粒子または散乱荷電粒子を検出して実像と回折像の強度分布を得る結像系と、を備え、
前記変位部材は、
前記挿入位置と前記退出位置との間で変位可能に設けられる絞り部を備え、
前記絞り部には前記挿入位置において前記荷電粒子ビームを通過させる絞り貫通孔が形成されている、
ことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。 - 前記荷電粒子ビーム鏡筒として、前記試料に電子ビームを照射する電子ビーム鏡筒と、前記試料に集束イオンビームを照射する集束イオンビーム鏡筒と、を備えることを特徴とする請求項1から請求項7の何れか1項に記載の荷電粒子ビーム装置。
Priority Applications (6)
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