JPH05159736A - 走査型電子顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 試料を移動する移動機構を設けずに、電子線
を試料の所望の位置に照射できる。 【構成】 電子銃６と、電子銃６から放出された電子線
１８を試料Ｐ上に照射するための照射手段８と、電子銃
６と照射手段８を保持する保持体としての鏡筒１を備え
る。鏡筒１は試料Ｐに対して移動可能になっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、走査型電子顕微鏡に
関する。

【０００２】

【従来の技術】走査型電子顕微鏡は、鏡筒と試料室を備
える。鏡筒は、電子銃、レンズ群、偏向部材などを備え
る。鏡筒は試料室に対して固定されている。

【０００３】電子銃から生じた電子線は、レンズ群によ
り径の縮小および焦点合せを行う。そしてこの電子線を
偏向部材により偏向する。これにより試料室内の試料上
に電子線が走査される。

【０００４】この試料は、通常試料室内のステージ（ゴ
ニオステージ）に載せてある。このステージを操作する
ことにより、試料の観察したい部所を電子線照射位置に
もってゆくことができる。このステージは、Ｘ方向とＸ
方向に直角なＹ方向に移動できる。すなわち試料を鏡筒
に対して移動できる。さらに必要に応じてステージを操
作することで、試料をＸ方向とＹ方向に直角なＺ方向に
移動したり、試料を回転したりあるいは傾斜することが
できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、大きい寸法
の試料を破壊せずに観察するためには、ステージにその
大きい寸法の試料をのせることができるようにする必要
がある。このため、当然ステージの寸法が大きくなる。
また、大きい寸法の試料の全領域を観察するためには、
ステージのＸ方向やＹ方向への移動量も大きくなる。

【０００６】さらに、試料室内は、良好な試料の観察像
を得るために、高真空状態にする必要がある。しかし、
大きい寸法の複雑で精密な移動機構を有するステージ
と、試料とを、試料室内に収容して高真空状態で観察す
るには、試料室も大きいものが必要である。試料室が大
きくしかもステージが入っていると、試料室内を高真空
状態に保つのが難しい。

【０００７】この発明は、試料の大型化に対応するため
に、従来のような精密な試料を移動するためのステージ
を必要としない走査型電子顕微鏡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】この発明は、電子銃６
と、電子銃６から放出された電子線１８を試料Ｐに導い
て走査するための照射手段８と、電子銃６と照射手段８
を保持する保持体（実施例では鏡筒１）を備え、保持体
は試料Ｐに対して移動可能に構成した走査型電子顕微鏡
である。

【０００９】好ましくは、図１に示すように走査型電子
顕微鏡は、試料を収容するための試料室４を備え、試料
室４は閉じた空間を形成している。

【００１０】好ましくは、図５に示すように走査型電子
顕微鏡は、試料ＰＯに接することにより閉じた空間を形
成可能な空間形成手段２３０を備える。

【００１１】好ましくは、図７に示すように走査型電子
顕微鏡は、保持体を試料ＰＯに対して傾斜可能な構成で
ある。

【００１２】好ましくは、図１に示すように走査型電子
顕微鏡は、保持体は試料Ｐに対して第１方向Ｘに移動可
能でかつこの第１方向Ｘに直角の第２方向Ｙに移動可能
である。

【００１３】

【実施例】図１と図２は、この発明の好適な実施例１を
示している。

【００１４】図１と図２の走査型電子顕微鏡は、鏡筒
１、移動機構２、試料室ともいう試料容器４を有してい
る。

【００１５】鏡筒１は、電子銃６、照射手段８を収容し
ている。鏡筒１は電子銃６と照射手段８を一体に保持す
る保持体となっている。照射手段８はレンズ群１０と偏
向部材１２を有している。レンズ群１０は、集束レンズ
１４，１６を有している。

【００１６】電子銃６から発生した電子線１８は、集束
レンズ１４，１６により径が縮小され、対物レンズ５８
により焦点合せが行われる。電子線１８は偏向部材１２
により偏向されて試料Ｐ上に走査される。この試料Ｐは
たとえば半導体ウェーハである。

【００１７】試料容器４は好ましくは円筒状であり、底
部２０、支持部２２、側部２４、上縁部２６から構成さ
れている。図２に示すように、上縁部２６は２つあり、
試料容器４の上縁部２６の間にはくぼみ２８，２８が形
成されている。支持部２２には中央に穴２１が形成され
ている。

【００１８】移動機構２は、第１移動台３０と第２移動
台３２および４つの調整ねじ３４，３６，３８，４０を
備えている。

【００１９】第１移動台３０と第２移動台３２はともに
好ましくは円盤状である。第１移動台３０は第２移動台
３２の上に載っている。第２移動台３２は試料容器４の
支持部２２の上に載っており、第２移動台３２の下面と
支持部２２の上面の間にはシール部材４２が設けられて
いる。

【００２０】第２移動台３２にはめねじ４４，４６が形
成されている。これらめねじ４４，４６はＸ軸方向でか
つ半径方向に配置されている。この上縁部２６には調整
ねじ保持部４８，５０がそれぞれ形成されている。

【００２１】めねじ４４には調整ねじ３４がかみ合って
いる。めねじ４６には調整ねじ３６がかみ合っている。
調整ねじ保持部４８は、調整ねじ３４を回転可能に保持
し、しかも調整ねじ３４が上縁部２６に対して軸方向に
は動かないように保持している。同様に調整ねじ保持部
５０は、調整ねじ３６を回転可能に保持し、しかも調整
ねじ３６が上縁部２６に対して軸方向には動かないよう
に保持している。

【００２２】調整ねじ３４，３６にはつまみ５２，５４
がそれぞれ設けられている。調整ねじ３４の右回り方向
を＋Ｒ方向とする。調整ねじ３６の右回り方向を−Ｒ方
向とする。たとえば調整ねじ３４を＋Ｒの方向に回し、
同時に調整ねじ３６を＋Ｒの方向に回すと、第２移動台
３２はＸ軸に沿って＋Ｘの方向に移動可能である。

【００２３】図３に示すように、第２移動台３２の中央
にはＹ軸方向に沿って長溝５６が形成されている。この
長溝５６には鏡筒１の先端部５８がＹ軸方向に移動可能
に挿入されている。鏡筒１は第１移動台３０の穴６２を
通すことにより第１移動台３０と一体になっている。先
端部５８のみが第１移動台３０の下に突出している。こ
の第一移動台３０と長溝５６の周縁部との間には図示し
ないシール部材が配置されている。このため、第１移動
台３０が、先端部５８といっしょに、長溝５６に沿って
第２移動台３２に対してＹ軸方向に移動しても、図１の
試料容器４の中は高真空状態を保つことができる。試料
容器４は、真空排気手段６０により高真空状態にするこ
とができる。このように高真空状態にすることにより、
像のゆらぎがなく試料Ｐの像を鮮明にする。

【００２４】図２に特に示すように、第２移動台３２の
周囲には支持板６８，７０が設けられている。この支持
板６８，７０にはそれぞれ調整ねじ保持部７２，７４が
形成されている。第１移動台３０にはめねじ７６，７８
が形成されている。めねじ７６は調整ねじ保持部７２に
対応した位置にあり、めねじ７８は調整ねじ保持部７４
に対応した位置にある。めねじ７６には調整ねじ３８が
かみ合っている。めねじ７８には調整ねじ４０がかみ合
っている。調整ねじ保持部７２は、上記調整ねじ保持部
４８と同様に調整ねじ３８を回転可能に保持し、しかも
調整ねじ３８が支持板６８に対して軸方向に動かないよ
うに保持している。調整ねじ保持部７４は、上記調整ね
じ保持部５０と同様に調整ねじ４０を回転可能に保持
し、しかも調整ねじ４０が支持板７０に対して軸方向に
動かないように保持している。調整ねじ３８はつまみ８
０を有している。調整ねじ４０はつまみ８２を有してい
る。

【００２５】調整ねじ３８をＹ軸に関して＋Ｒ方向に回
し、同時に調整ねじ４０をＹ軸に関して＋Ｒ方向に回す
と、第１移動台３０は第２移動台３２の上で支持板６８
側へ移動可能である。もし両方の調整ねじ３８，４０を
−Ｒ方向に回せば、第１移動台３０は第２移動台３２の
上で支持板７０側へ移動可能である。

【００２６】図１に示すように、第２移動台３２の挿入
穴９０には２次電子検出器８６が挿入されている。２次
電子検出器８６は、電子線１８が試料Ｐに照射されたと
きに、試料Ｐから発生する２次電子を検出するものであ
る。２次電子検出器８６は試料Ｐに向けて斜めに設定さ
れている。２次電子検出器８６の挿入穴９０はシール材
９２によりシールされている。

【００２７】図１と図２に示すように、この２次電子検
出器８６のために、第１移動台３０には、Ｙ軸方向に溝
８８が形成されている。溝８８に２次電子検出器８６が
入っているので、第１移動台３０をＹ軸方向に移動可能
である。

【００２８】操作を次に説明する。一例として図１に示
す試料Ｐの観察点Ｓ１から観察点Ｓ２に電子線１８を移
す場合について説明する。

【００２９】この場合、観察者は図１と図２に示すつま
み５２と５４を手でつかみ、つまみ５２をＸ軸を中心に
−Ｒの方向に回すと同時につまみ５４をＸ軸を中心に−
Ｒの方向に回す。これにより、第２移動台３２は第１移
動台３０および鏡筒１とともにＸ軸に沿って−Ｘの方向
（図１では左側の方向）に所定距離移動する。

【００３０】次に観察者は図２に示すつまみ８０と８２
を手でつかみ、つまみ８０をＹ軸を中心にたとえば−Ｒ
の方向に回すと同時につまみ８２をＹ軸を中心に−Ｒの
方向に回す。これにより、第１移動台３０は鏡筒１とと
もに−Ｙの方向に所定距離移動する。

【００３１】一例としてこのように操作することによ
り、図１の電子線１８を試料Ｐの観察点Ｓ１からＳ２に
移動する。

【００３２】図４を参照して実施例２を説明する。

【００３３】実施例２の走査型電子顕微鏡は、図１に示
す実施例１の走査型電子顕微鏡と比べて、試料Ｐを傾斜
して支持することができる点で異なる。

【００３４】すなわち、試料容器１０４の底部１２０に
はめねじ１２９が形成されており、めねじ１２９には垂
直方向にねじ１９２がかみ合っている。このねじ１９２
の上端には傾斜板１９４の一端が載っている。つまみ１
９０をもってねじ１９２を回すと、傾斜板１９４は支点
１９６を中心に傾斜可能になっている。傾斜板１９４の
上には試料Ｐが載っている。底部１２０とねじ１９２の
間には図示しない部材が配置されている。

【００３５】なお、つまみ１９０とねじ１９２を試料容
器１０４の側部へ突出して設けて、ギヤ等の他の手段を
介して傾斜板１９４を傾斜できるようにしてもよい。

【００３６】図５を参照して実施例３を説明する。

【００３７】図１の実施例１では試料容器４を有してい
る。図５の実施例３では試料容器の底部を開放にした形
になっている。円筒形の側部２２４は、図１の実施例１
の側部２４と同様なものであるが、側部２２４の底面は
シール部材２３１を介して試料ＰＯに着脱自在に密接し
ている。したがって空間形成手段２３０は、側部２２
４、第２移動台３２、支持部２２と第２移動台３２の間
のシール部材４２、シール部材２３１，９２および試料
ＰＯなどにより構成され、これらにより、閉じた空間２
４９を形成している。これにより空間２４９内を真空排
気手段６０により高真空状態にすることができる。図５
の実施例３では比較的大形のたとえば平らな鉄板やプリ
ント基板のような試料ＰＯを現場で観察することができ
る。

【００３８】図６の実施例４は、図５の実施例３にさら
にＸＹテーブル３００を追加している。このＸＹテーブ
ル３００は、大きな試料ＰＯをＸ軸方向およびＸ軸に直
角のＹ軸方向に移動するためのものである。

【００３９】ＸＹテーブル３００は、ベース３０２、第
１テーブル３０４、第２テーブル３０６および第１駆動
源３０８、第２駆動源３１０を有する。ベース３０２の
上にはレール３１２がＸ軸方向に設けられている。第２
テーブル３０６の上にはレール３１４がＹ軸方向に設け
られている。

【００４０】第１駆動源３０８は、モータ３１６、送り
ねじ３１８、ナット３２０を有する。ナット３２０は第
１テーブル３０４に固定されている。送りねじ３１８は
ナット３２０にかみ合っていて、モータ３１６を回すこ
とにより、第１テーブル３０４はレール３１４にそって
Ｙ軸方向に移動できる。

【００４１】第２駆動源３１０は、モータ３２４、送り
ねじ３２６、めねじ３２８を有する。めねじ３２８は第
２テーブル３０６に形成されている。送りねじ３２６は
めねじ３２８にかみ合っていて、モータ３２４を回すこ
とにより、第２テーブル３０６はレール３１２にそって
Ｘ軸方向に移動できる。

【００４２】第１テーブル３０４の上には試料ＰＯが載
っている。試料ＰＯの観察点Ｓ３からＳ４に、すなわち
比較的小さい距離だけ電子線１８を移動したい場合に
は、鏡筒１の移動機構２を用いて鏡筒１を試料ＰＯに対
して移動することにより、電子線１８を観察点Ｓ３から
Ｓ４に移動する。

【００４３】そうでなくてもっと長い距離について電子
線１８を移動したいとき、たとえば観察点Ｓ３からＳ５
に移動したいときは、ＸＹテーブル３００を駆動して試
料ＰＯを鏡筒１もしくは側部２２４に対して移動する。
この際、空間２４９は高真空状態から大気圧状態にいっ
たんもどし、かつ側部２２４を試料ＰＯから浮かす必要
がある。

【００４４】なお、第１と第２の駆動源３０８，３１０
はコンピュータ制御を行うのが望ましい。

【００４５】図７の実施例５の鏡筒１と移動機構２は図
１の実施例１と同様である。実施例５では、鏡筒１が試
料ＰＯに対して１点鎖線で示すように傾斜でき、しかも
Ｚ軸方向に上下動可能である。

【００４６】好ましくは円形状の支持部４２２は、下部
材４２１との間に伸縮部材たとえばベローズ４２３を備
えている。支持部４２２の端部は部材４２５，４２７に
固定されている。部材４２５，４２７にはそれぞれねじ
４３１，４３３が回転できるように設けられている。ね
じ４３１，４３３にはそれぞれつまみ４３５，４３７が
設けられている。

【００４７】ねじ４３１，４３３は下部材４２１のめね
じ４２１ａにそれぞれかみ合っている。下部材４２１と
大きな試料ＰＯとの間にはシール部材４５１が設けられ
ている。

【００４８】たとえばねじ４３１を右に回すことによ
り、ねじ４３１を下方に進ませ、ねじ４３３を左に回す
ことによりねじ４３３を上方に進ませれば鏡筒１は１点
鎖線で示すように垂直線から所定角度Ｔ傾けることがで
きる。なお、この場合試料ＰＯ上の電子線１８の照射部
位が図面左方向にずれる。このため、調整ねじ３４、３
６を回して第２移動台３２を＋Ｘ方向に移動させる。こ
れによりもとの照射部位に電子線１８を当てることがで
きる。あるいは、ねじ４３１，４３３を同じ量だけ進ま
せることにより鏡筒１を試料ＰＯに対して上下動するこ
とができる。

【００４９】ベローズ４２３、支持部４２２、第２移動
台３２、下部材４２１、試料ＰＯ、シール部材４２，９
２，４５１などにより空間形成手段を構成していて、空
間４４９を形成している。この空間４４９を真空排気手
段６０により高真空状態にできる。

【００５０】図８の実施例６は、図１の実施例１と異な
り、スプリング５２０と軸５３０を用いている。第２移
動台５３２にはめねじ５４４と挿入穴５４５が形成され
ている。めねじ５４４にはねじ５３４がかみ合ってい
る。挿入穴５４５には軸５３０が挿入されている。スプ
リング５２０は第２移動台５３２と試料容器５０４の上
縁部５２６との間に設けられている。このスプリングと
軸を用いる方式は、Ｘ軸方向のみならずＹ軸方向にも適
用できる。

【００５１】ねじ５３４をたとえばＸ軸を中心に＋Ｒの
方向に回すと、第２移動台５３２は軸５３０にガイドさ
れかつスプリング５２０の力により＋Ｘの方向に移動で
きる。

【００５２】上述の実施例、たとえば図２の実施例１で
は移動機構２が手動式である。これに対して図９の実施
例７では、移動機構６０２は自動式になっている。すな
わちねじ３４，３６，３８，４０がそれぞれモータ６６
０，６６２，６６４，６６６により回すことができる。
これらモータはコンピュータ制御するのが望ましい。こ
の自動式の移動機構は図４の実施例２、図５の実施例
３、図６の実施例４、図７の実施例５、図８の実施例６
にそれぞれ適用することができる。

【００５３】ところで、移動機構とＸＹテーブルは、空
気圧や油圧などの動力源により駆動することができる。

【００５４】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、電子銃や照射
手段を保持している保持体を移動するので、試料を動か
さなくても試料の観察したい領域を観察できる。そして
試料を移動するための複雑で精密な大型のステージの設
定が不要であり、大型のステージと試料の両方を入れる
ための大きい室も必要でない。

【００５５】請求項２の発明によれば、ウェーハのよう
な比較的小さい寸法の試料を観察するのに用いることが
できる。

【００５６】請求項３の発明によれば、たとえば鉄板の
ような比較的大きい寸法の試料を現場において観察でき
る。

【００５７】請求項４の発明によれば、試料を斜めから
観察できる。

【００５８】請求項５の発明によれば、試料の所望の観
察部位に電子線を照射して観察できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の走査型電子顕微鏡の好適な実施例１
を示す図。

【図２】この発明の走査型電子顕微鏡の好適な実施例１
を示す斜視図。

【図３】この発明の走査型電子顕微鏡の好適な実施例１
における第１移動台と第２移動台を示す斜視図。

【図４】この発明の走査型電子顕微鏡の好適な実施例２
を示す図。

【図５】この発明の走査型電子顕微鏡の好適な実施例３
を示す図。

【図６】この発明の走査型電子顕微鏡の好適な実施例４
を示す図。

【図７】この発明の走査型電子顕微鏡の好適な実施例５
を示す図。

【図８】この発明の走査型電子顕微鏡の好適な実施例６
を示す図。

【図９】この発明の走査型電子顕微鏡の好適な実施例７
を示す図。

【符号の説明】

１ 鏡筒（保持体） ２ 移動機構 ４ 試料容器 ６ 電子銃 ８ 照射手段 １８ 電子線 ３０ 第１移動台 ３２ 第２移動台 ２３０ 空間形成手段 Ｐ 試料 ＰＯ 試料 ◆

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子銃（６）と、 電子銃（６）から放出された電子線（１８）を試料
   （Ｐ）に導いて走査するための照射手段（８）と、 電子銃（６）と照射手段（８）を保持する保持体（１）
   を備え、 保持体（１）は試料（Ｐ）に対して移動可能に構成した
   走査型電子顕微鏡。
2. 【請求項２】 請求項１の走査型電子顕微鏡において、
   試料を収容するための試料室（４）を備え、試料室
   （４）は閉じた空間を形成している走査型電子顕微鏡。
3. 【請求項３】 請求項１の走査型電子顕微鏡において、
   試料（ＰＯ）に接することにより閉じた空間を形成可能
   な空間形成手段（２３０）を備える走査型電子顕微鏡。
4. 【請求項４】 請求項１の走査型電子顕微鏡において、
   保持体（１）を試料（ＰＯ）に対して傾斜可能な構成と
   した走査型電子顕微鏡。
5. 【請求項５】 請求項１の走査型電子顕微鏡において、
   保持体（１）は試料（Ｐ）に対して第１方向（Ｘ）に移
   動可能でかつこの第１方向（Ｘ）に直角の第２方向
   （Ｙ）に移動可能である走査型電子顕微鏡。