JPH01104349A - 真空容器内極低温ステージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用公費〉 本発明は真空容器内極低温状態において広範な移動が可
能で且つ無振動状態を実現した真空容器内極低温ステー
ジに関する。

〈従来の技術〉 第５図には従来の真空容器内極低温ステージの一例を示
す。同図に示すように、この極低温ステージは試料部の
冷却効果を高めるために該試料部と冷却用タンク部とを
直結し、これらをステージ上に設置する方式のものであ
る。すなわち、真空容器０１内にはＸＹＺステージ０２
が設けられており、このＸＹＺステージ０２上に熱絶縁
物０３を介して冷媒タンク０４が載置され、この冷媒タ
ンク０４上に直接試料０５が載置されている。冷媒タン
ク０４は該冷媒タンク０４に冷媒を導入するため真空容
器０１外の冷媒タンク０６及びポンプ０７と冷媒配管０
８で連結されており、また、冷媒タンク０４の上面には
冷却効果を高めるとともに試料０５の汚染を低減するた
めに試料０５の周囲を覆う熱シールド板０９が設けられ
ている。なお、このような真空容器内ステージは主に試
料０５に電子線０１０などの照射して試料０５の特性を
調べる目的で使用されるのがほとんどであるので、熱シ
ールド板０９には電子線照射用窓０９ａが形成されてい
る。

〈発明が解決しようとする問題点〉 上述した方式の極低温ステージにおいては真空容器０１
内の冷媒タンク０４に冷媒を導入するための冷媒配管０
８が不可欠であるので、ＸＹＺステージ０２そのものの
移動範囲が広いにもかかわらず、真空容器０１内での冷
媒配管０８のためその移動範囲が限定され、またステー
ジの移動中心からずれるほど冷媒タンク０４に冷媒配管
０８の負荷がかかるのでその移動精度が低下するという
問題がある。

また、熱シールド板０９も試料０５とともに移動してし
まうので、電子１ｔｓｏｉｏの照射範囲は電子線照射用
窓０９ａの範囲に限定されろ。よって、移動範囲は実質
的には１０数間程度に制限されてしまう。

一方、他の方式の低温ステージとして、ステージそのも
のに冷却用タンク部を直接組込んだものがあるが、この
場合にはステージ自体に冷媒用配管の負荷がかかるとい
う問題がある。また、この場合試料を載置する冷却用タ
ンクはステージの先端部に片持ち状態で取付けられるこ
とになるので、冷媒の流れに伴って０．５戸程度の振動
が必ず生じてしまうという問題もある。

本発明は、このような事情に鑑み、移動範囲が広く且つ
高精度な移動を実現する真空容　く襞内極低温ステージ
を提供することを目的とする。

く問題点を解決するための手段〉 上記目的を達成する本発明の真空容器内極低温ステージ
の構成は、真空容器内に張り出されたＸＹＺステージと
、とのＸＹＺステージの先端部に熱絶縁材を介して設け
られた試　く糾合と、この試料台のほぼ下方に位置する
とともに真空容器外の冷媒タンクより冷媒が供給される
第１の冷媒タンクと、この第１の冷媒タンクとは別途設
けられた第２の冷媒タンクと、一端が上記ＸＹＺステー
ジｔｒ、他端が上記第１の冷媒タンクにそれぞれ低融点
材料によって融着された可撓性に優れ且つ熱伝導性の高
い複数の細線束と、上記第２の冷媒タンク上に立設され
て上記試料台上に設けられる試料を覆う熱シールド板と
を有することを特徴とする。

３作　　　用〉 上記構成において、試料台は複数の細線束を介し−Ｃ第
１の冷媒タンク内の冷媒により冷却され、また、その移
動の際に細線束より負荷を受けない。さらに試料台は第
１の冷媒タンクにより、熱シールド板は第２の冷媒タン
クによりそれぞれ別途に冷却される。

Ｃ：、１．：　　施　例〉 息下、本発明の好適な一実施例を図面を参照しながら詳
細に説明する。

第１図は本実施例にかかる真空容器内極低温ステージの
断面状態を示す概略正面図、第２図はその平面図である
。両図に示すように、真空容器１内には該容器１の外側
面に取付けられたＸＹＺステージ２の可動部２ａが張り
出されており、この可動部２ａの先端に熱絶縁物３を介
して円盤状の試料台４が設けられている。この試料台４
の下方には貞空容冊１外に設置された外部冷媒タンク５
と、冷媒配管６ａを介して連結されている第１冷媒タン
り７が設けられている。また、この第１冷媒タンク７に
隣接して冷媒配管６ｂで連結された第２冷媒タンク８が
設けられており、この第２冷媒タンク８は容器１外のポ
ンプ９と冷媒配管６ｃで連結されている。

一方、上記試料台４と第１冷媒タンク７とは複数の細線
束１０で連結されている。これら細線束１０は、可撓性
に優れ且つ熱伝導性の高いものであり、それぞれ多数の
細線を束ねて構成されている。この細線束１０としては
、例えば１本が５０〜１００／ｊＩＩφの銅線に金コー
ティングをした細線を数十分束ねたものが好適である。

これら細線束１０はその一端が試料台４の側周面にイン
ジュウムなどの低融点材料１１で融着されてリング状に
配設されており、他端は細線束１０を少したるませた状
態で第１冷媒クンク７の上面に同じく低融点材料で融着
されている。また、第２冷媒タンク８には試料台４を覆
うとともに電子線照射用窓１２ａが形成されている熱シ
ールド板１２が設けられている。

さらに、試料台４にはヒータ１３が装着されており、と
のヒータ１３を用いて試料台４上にインジュウムなどの
低融点材１４１４を介して試１４１５を融着するように
なっている。

このような真空容器内極低温ステージにおいては、ポン
プ９の作用により外部冷媒タンク５内の冷媒タンクを第
１冷媒タンク７及び第２冷媒タンク８内に移送すると、
試料台４は細線束１０を介して冷却されるが、この第１
冷媒タンク７は熱シールド板１２月の第２冷媒タンク８
と独立しているので、後述の試験例に示すように従来の
ものに比べて冷却能力が大幅に向上している。

また、試料台４は従来のように冷媒配管によりその動き
が規制されず且つ負荷も受けないので、４０〜５０Ｉｎ
１１程度と従来の数倍の移動が容易に且つ精度よく実現
できる。さらに、このように試料台４が移動しても熱シ
ールド板１２は移動しないので、電子線照射用窓１２ａ
の大きさに左右されずに広範囲に例えば電子ｖｐ、１６
の照射を行うことができる。

このように、試料台４の移動が規制されずに且つ精度よ
く行文るのは、試料台４と第１冷媒タンク７とを別に設
け、両者を細線束１０で連結し−Ｃ熱を伝導する構成に
したためであるが、上述した実施例では、１！線束１０
を試料台４の周囲に点対称に配設しているので、移動中
心から何れの方向への移動も、また移動距離が異なって
も均一な移動精度を保てるという効采も奏する。なお、
本実施例の場合の移動精度は４０〜５０　＋ｎｍの範囲
で約０．５ｐ以下である。

また、冷媒タンク７を試料台４とは別体と設けて移動さ
せないようにしているので、試料台４の振ｒｊ！Ｊを大
幅に低減することができ、本実施例の場合には振動幅は
約０．０１μｎであった。つまり、本発明の構成では、
冷媒タンクの移動が不安であり、また１ＩｉＩＦａ設計
にすることも可能であり、さらにもし振動が生じても細
線束１０で振動が吸収されてしまう。

次に、本実施例の真空容器内極低温ステージの冷却能力
に関する試験例について説明する。

第３図には本実施例の冷却特性を示す。温度測定点は第
１冷媒タンク７に設けた第１ｆ！％電対１７と試料台４
上に設けた第２熱電対１８である。第３図に示すように
、第１熱電対１７及び第２熱雷対１８共に３０分程度で
ＩＯＫ以下を達成している。これは、真空容器１内に試
料台４冷却用の第１冷媒タンク７及び熱シールド仮１２
冷却用の第２冷媒タンク８を別体で設けろことにより冷
却効率が大幅に上昇したためである。因に、従来の低温
ステージでの冷却温度は２０．に台であった。また第１
熱電対１７と第２熱電対１８との温度が同程度であるこ
とは、リング状に配設された細線束１０を用いた熱伝導
方式の熱伝導効率が十分高いことを示して、いる。

次に上記実施例の真空容器内極低温ステージを２インチ
Ｇａ５５結晶ウニ八におけろカソードルミネッセンス測
定に応用した例を示す。

なお、第４図にはカソードルミネッセンス強度のウニ八
面内分布を示す。

試料としてはＩｎドープ結晶とアンドープ結晶の２種類
を用いた。そして、試料温度１０１（の状態で試料の１
に以上である３０ＩＩＩＩｌ程度の線分析を１回の掃引
で実現することができた。

このように１回で広範囲の線分析が可能であるので、ス
テージ駆動をパソコンなどで制御してウニへの面分布を
評価することも容易である。因に従来においてはこのよ
うな広範囲の移動を実現することは不可能であった。

なお、ここで応用例として試料に電子線を照射して発光
を評価するカソードルミネッセンス測定の例を挙げたが
、これ以外にもレーザ光線を用いるホトルミネッセンス
測定、単色光を用いる赤外吸収測定等に容易に適用でき
るのは言うまでもない。

〈発明の効果〉 以上、実施例とともに具体的に説明したように、本発明
にかかる真空容器内極低温ステージは、試料を載せろス
テージ部と冷却部とを別体として両者を可撓性が暖れ且
っ熱伝導性の高い細線束で連結するようにしたので、広
範囲で且つ精度のよい移動が実現できた。

まｔこ、熱シールド板用の冷却用タンクをステージ部の
冷却用タンクと別に設けることにより冷却能力を大幅に
向上させるという効果も奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例にかかる真空容器内極低温ステ
ージの縦断面を示す概略図、第２図はその平面図、第３
図はそのステージの冷却特性を示す説明図、第４図は２
インチＧａ５ｇ結晶ウェハにおけろカソードルミネッセ
ンス強度のウニ八面内分布を示す説明図、第５図は従来
の真空容器内極低温ステージの一例を示す概略図である
。 図面中、 １は真空容器、 ２はＸＹＡステージ、 ３は熱絶縁物、 ４は試料台、 ５は外部冷媒タンク、 ６ａ、６ｂ、６ｃは冷媒配管、 ７は第１冷媒タンク、 ８は第２冷媒タンク、 １０は細線束、 １１は低融点材料、 １５は試料である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）真空容器内に張り出されたＸＹＺステージと、この
   ＸＹＺステージの先端部に熱絶縁材を介して設けられた
   試料台と、この試料台のほぼ下方に位置するとともに真
   空容器外の冷媒タンクより冷媒が供給される第１の冷媒
   タンクと、この第１の冷媒タンクとは別途設けられた第
   ２の冷媒タンクと、一端が上記ＸＹＺステージに他端が
   上記第１の冷媒タンクにそれぞれ低融点材料によって融
   着された可撓性に優れ且つ熱伝導性の高い複数の細線束
   と、上記第２の冷媒タンク上に立設されて上記試料台上
   に設けられる試料を覆う熱シールド板とを有することを
   特徴とする真空容器内極低温ステージ。 ２）試料台が円板状であり、上記細線束が該試料台の周
   縁部にリング状に配設されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の真空容器内極低温ステージ。 ３）第２の冷媒タンクは上記第１の冷媒タンクの下流側
   に連続的に設けられている特許請求の範囲第１項又は第
   ２項記載の真空容器内極低温ステージ。