JPH0676776A - 荷電粒子線装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】荷電粒子線装置において、荷電粒子源を収納し
ている鏡筒部の内部を常に高真空に維持したままで、該
鏡筒部を他の観察、加工装置等に取付けて複合化するこ
とが容易にできるように構成すること。 【構成】電子源１とレンズ電極４，５，６等からなる収
束レンズ系とを含む鏡筒部１３が上部フランジ１７に気
密固定され、該上部フランジ１７がベローズ１５を介し
てゲートバルブ９を組み込んでなる下部フランジ１６に
気密に取付けられている。下部フランジ１６を相手装置
の真空壁１８に取付けたら、ゲートバルブ９を開き、そ
の開口部１０を通して鏡筒部１３の先端部（対物レンズ
部分）を試料７側に押し下げるだけで、複合化が完了す
る。 【効果】複合化すべき相手装置への鏡筒部の装着脱時
に、鏡筒部内を大気にさらすことがないので、荷電粒子
源の不安定化を防止でき、かつ、鏡筒部内の再排気や、
加熱焼出し等の面倒な操作も不要となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子顕微鏡、イオン顕
微鏡などの収束された荷電粒子線（電子線またはイオン
線）を用いて試料の観察を行なう荷電粒子線装置の改良
に関し、特に他の観察装置や加工装置内で観察または加
工中（あるいは、観察または加工後）の試料の微細構造
や加工形状などの検査、観察を行なうことを目的とし
て、上記収束荷電粒子線を用いた荷電粒子線装置を上記
他の観察装置や加工装置およびそれら装置に付属する試
料搬送路等に装着することを容易ならしめるための改良
構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、荷電粒子線を用いての試料の観察
や検査は、それぞれ独立した専用の観察・検査装置を用
いて行なわれてきた。例えば、走査電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）による試料の観察や検査は、独立した専用のＳＥＭ
装置を用いて行なわれてきた。このため、他の観察装置
や加工装置内で観察、加工中（または加工後）の試料を
上記ＳＥＭ装置によって観察、検査しようとする場合に
は、試料を上記他の観察、加工装置内から取りだして、
上記ＳＥＭ装置内に装填し直さなければならないと云う
面倒な作業が要求されてきた。

【０００３】然るに、ごく最近になって、収束レンズ光
学系を全て静電レンズで構成することにより鏡筒部全体
を超小形構造としたＳＥＭ装置が開発され、これを必要
に応じて他の任意の観察、加工装置に取付けて複合化す
ることにより、該複合化装置内で他の観察、加工手段に
よって観察、加工中（または、観察、加工後）の試料
を、該装置外に取り出すことなく、そのままの状態で、
上記超小形ＳＥＭ装置によって観察することが可能にな
っている（例えば、特開平０４−４５４８号公報および
特開平０４−５１４３９号公報参照）。ただし、上記超
小形ＳＥＭ装置を上記他の観察、加工装置に装着して複
合化するに際しては、上記超小形ＳＥＭ装置の内部を一
旦大気圧の下にさらす必要があった。然るに、ＳＥＭ装
置などの極めて細く収束された荷電粒子線を用いる装置
にあっては、装置内部を常に高い真空度に保っておくこ
とがその性能上からも操作性の面からも極めて重要なこ
とである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した超小形ＳＥＭ
装置におけるように、荷電粒子線装置の収束光学系を全
て静電レンズでもって構成することにより、荷電粒子源
及び収束光学系からなる鏡筒部分の構造を非常に小形か
つ軽量にできるため、該鏡筒部分を他の観察、加工装置
等に装着して複合化装置とすることが容易となった。し
かし、その装着および取外しに際して、その都度鏡筒部
の内部を大気にさらしてしまうことは、荷電粒子源の良
好な性能状態を維持することを困難にしたり、また、鏡
筒部内部を再度真空引きするための面倒な作業と時間と
を必要とするので好ましくない。

【０００５】本発明の目的は、荷電粒子源を収納してい
る鏡筒部の内部を常に高真空に維持した状態のままで、
他の観察、加工装置等への取付け（および、取外し）を
行なうことができるように改良された荷電粒子線装置構
造を提供することである。本発明の他の目的は、荷電粒
子線装置を他の観察、加工装置等に装着してから後の該
荷電粒子線装置のレンズ光学系と観察、検査されるべき
試料との相対位置関係を最適にならしめるのに好適なよ
うに改良された荷電粒子線装置構造を提供することであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明においては、少なくとも荷電粒子を発生させ
るための荷電粒子源と該荷電粒子源からの荷電粒子を収
束させるための荷電粒子収束光学系とを収納している鏡
筒部を有する荷電粒子線装置において、上記荷電粒子収
束光学系における最終レンズ部の下方に、上記鏡筒部を
該荷電粒子線装置を複合化すべき相手装置に対して真空
気密に取り付けるための真空フランジ部を設け、かつ該
真空フランジ部に上記鏡筒部の内部空間の真空を維持す
るための真空遮断バルブを設けることによって、該荷電
粒子線装置をそれを複合化すべき相手装置に取り付けお
よび取り外す際には、上記真空遮断バルブを閉じること
によって、上記鏡筒部の内部空間の真空を維持できるよ
うに構成してなることを特徴としている。また、本発明
においては、荷電粒子線装置の鏡筒部を複合化すべき相
手装置に装着するための真空フランジ部に、鏡筒部の先
端部（最終レンズ部）を通過させることのできる開口部
を有する真空ゲートバルブを設け、上記鏡筒部を真空用
ベローズを介して上記真空フランジ部に対して移動可能
なように接続することによって、鏡筒部先端部（最終レ
ンズ部）を上記真空ゲートバルブの開口部を通して複合
化すべき相手装置側に出し入れできるように構成してな
ることを特徴としている。これにより、複合化装置にお
ける最終レンズ部を十分に試料表面に近づけることが可
能になり、ワーキング距離を短くしての高分解能観察が
可能となる。さらにまた、本発明においては、上記鏡筒
部の最終レンズ部による荷電粒子収束の焦点位置を固定
した状態で上記鏡筒部を傾斜移動させる手段を付加し、
それによって試料表面上の観察位置（荷電粒子線照射位
置）を固定したままの状態で荷電粒子線の入射方向を任
意に設定してやることができるように構成してなること
を特徴としている。

【０００７】

【作用】上記した本発明の特徴的構成によれば、複合化
すべき相手装置への鏡筒部の装着脱時に、従来装置にお
けるように鏡筒部内を大気にさらしてしまうと云うこと
がないので、鏡筒部内に収納されている荷電粒子源およ
び荷電粒子収束光学系が大気にさらされることによる荷
電粒子源の不安定化を防止することができる。さらに、
鏡筒部の装着脱時に、鏡筒部内を再排気したり、加熱焼
出ししたりする等の面倒な操作も不要とすることがで
き、またそのための時間の浪費をも防ぐことができる。

【０００８】

【実施例】以下本発明の実施例につき、図面を参照して
詳細に説明する。なお、以下の実施例では本発明を収束
電子線を用いた走査形電子顕微鏡に適用した場合につい
て述べるが、本発明の適用範囲はそれのみに限定される
ものではなく、一般に収束電子線、収束イオン線を用い
る荷電粒子線装置全般にわたって適用できるものであ
る。図１は、本発明の一実施例になる超小形走査電子顕
微鏡を用いた荷電粒子線装置の縦断面構成図である。図
１において、電界放出形の電子源１と引出し電極３との
間に形成された引出し電界により該電子源１から電界放
出された電子線２の一部が引出し電極３の中央開口を通
して引出される。引出された電子線２は上記引出し電極
３および収束レンズ系を構成する第２レンズ電極４、第
１レンズ電極５、並びに最終電極６のそれぞれの電極間
に形成される電界により収束作用を受け、細く収束され
て試料面７上にフォーカスされる。フォーカスされた電
子線２は、偏向コイル８により偏向作用を受け試料７上
で二次元的に走査される。電子線２の照射によって試料
７から発生した二次電子１１は二次電子検出器１２によ
って検出される。この検出信号を映像信号として適当な
表示装置の表示画面上に試料７の表面像を表示させるこ
とができる。

【０００９】上述した電子源１は電界放出形の電子源で
あるため、そこから安定な電界放出電子流を得るために
は、電子源１付近の真空度が１０~⁸Ｐａ程度の超高真空
であることが必要である。従って、本実施例では、電子
源１び鏡筒部１３の内部空間を真空排気するための超高
真空用排気ポンプ１４としてイオンポンプが用いられて
いる。電子源１、引出し電極３、レンズ電極４，５，６
からなる収束レンズ系およびイオンポンプ１４を含む鏡
筒部１３は上部フランジ１７に気密固定され、該上部フ
ランジ１７がベローズ１５を介してゲートバルブ９を組
み込んでなる下部フランジ１６に気密に取付られてい
る。なお、図１は、本発明になる走査電子顕微鏡が、他
の観察、加工装置等に取り付けられた状態を示してお
り、下部フランジ１６が他の観察、加工装置等の真空室
壁１８に例えばＯリング１９等を介して気密に取り付け
られ、鏡筒部１３が下部フランジ１６よりも下方に押し
下げられている様子を示している。また、図２は、本発
明になる走査電子顕微鏡が、他の観察、加工装置等から
切り離されて、ゲートバルブ９が閉じられている状態を
示している。

【００１０】上記構成の本発明走査電子顕微鏡におい
て、鏡筒部１３の内部空間は、イオンポンプ１４により
常に高真空に排気されている。この高真空排気状態を継
続したままで、先ず、本装置を取り付けようとする他の
装置の真空室壁１８に本装置の下フランジ１６を気密に
取り付け、次いで、他の装置の真空室内を真空排気した
後、ゲートバルブ９を開き、鏡筒部１３を押し下げて、
その試料表面に対する相対位置関係を位置調節ネジ２０
により調節してから固定することにより、鏡筒部１３の
内部空間を大気中にさらすことなく、高真空状態を維持
したままで、複合化すべき他の装置への連結を完了する
ことができる。これにより、本装置の他の装置への複合
化が容易となると共に、複合化が完了後は直ちに電子源
１より電子線を引出し、試料表面の走査像観察ができ
る。電界放出形電子源は、その内部を一度大気にさらし
た場合には、電子源内表面に吸着した気体分子を完全に
離脱させるまでは、所望の電界放出性能を発揮させるこ
とができず、大気にさらした後の再排気には、通常電子
源を加熱しながら長時間の排気を行なういわゆる焼出し
排気の操作が要求されているが、本発明によれば、かか
る焼出し排気操作を不要とすることができるため、実用
的な面から見た操作性が著しく向上する。

【００１１】なお、上記実施例の構成によれば、ゲート
バルブ９を開き、上部フランジ１７が下部フランジ１６
上に接触する状態まで鏡筒部１３を押し下げて固定する
ことにより、鏡筒部先端（最終電極６）をバルブ開口部
１０を通してその下方（試料側の位置）に押し下げて固
定できるので、走査電子顕微鏡で高分解能を得るために
必要な最終電極６と試料７の間の距離（ワーキング距
離）を十分に小さく設定してやることができる。また、
フランジ１６，１７の接触面同士を電子線２の焦点位置
を曲率中心とする球面状に形成しておくことで、鏡筒部
１３の試料７表面に対する傾斜方向および傾斜角を任意
に調節してやることができる。これは、試料表面に対す
る観察方向の選定の自由度を増すだけでなく、試料７の
位置、形状により２次電子１１の放出条件が変わるが、
上記の傾斜方向および傾斜角を調節することにより、常
に最適検出条件下に設定することを可能にする。

【００１２】以上、本発明の実施例につき説明してきた
が、本発明はこれら実施例に示された具体的構成のみに
限定されるものではなく、種々の変形応用が可能であ
る。例えば、上記実施例では、本発明を走査電子顕微鏡
に応用した場合について説明したが、本発明はその他に
も電子線測長装置等の他の電子線応用装置、及び集束イ
オンビームを用いるイオンビーム応用装置にも、そのま
ま応用することができるものである。

【００１３】

【発明の効果】本発明によれば、収束荷電粒子線を発生
する鏡筒部を他の装置へ取付けて複合化装置とすること
を容易にし、かつ、複合化後の真空再立ち上げに伴う焼
出し等の煩雑かつ長時間の作業を要せずして、直ちに安
定な使用状態とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例になる走査形電子顕微鏡の基
本構成を示す継断面概略図であり、その鏡筒部が複合化
すべき相手装置に取り付けられた状態を示してる。

【図２】同じく本発明の一実施例になる走査形電子顕微
鏡の基本構成を示す継断面概略図であり、その鏡筒部が
複合化すべき相手装置から切り離されて、ゲートバルブ
が閉じられている状態を示している。

【符号の説明】

１：電子源， ２：電子線，
３：引出し電極，４：第２レンズ電極， ５：第１レ
ンズ電極， ６：最終電極，７：試料，
８：偏向コイル， ９：ゲートバルブ，１０：
バルブ開口， １１：二次電子， １２：二
次電子検出器，１３：鏡筒部， １４：イオン
ポンプ， １５：ベローズ，１６：下部フランジ，
１７：上部フランジ， １８：相手装置の真空壁，
１９：Ｏリング， ２０：位置調節ネジ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも荷電粒子を発生させるための荷
   電粒子源と該荷電粒子源からの荷電粒子を収束させるた
   めの荷電粒子収束光学系とを収納している鏡筒部を有す
   る荷電粒子線装置において、上記荷電粒子収束光学系に
   おける最終レンズ部の下方に上記鏡筒部を他の装置に真
   空気密に取り付けるための真空フランジ部を設け、かつ
   該真空フランジ部に上記鏡筒部の内部空間の真空を維持
   するための真空バルブを設けてなることを特徴とする荷
   電粒子線装置。
2. 【請求項２】上記の真空バルブは、上記の最終レンズ部
   を挿通させることのできるバルブ開口部を有しており、
   上記の鏡筒部は、その最終レンズ部を上記のバルブ開口
   部を通してその反対側に出し入れできるように、上記真
   空フランジ部に対して相対移動可能なようにして、上記
   真空フランジ部に真空気密に接続されていることを特徴
   とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
3. 【請求項３】上記の鏡筒部をその最終レンズ部による荷
   電粒子収束の焦点位置を固定した状態で傾斜移動させる
   手段がさらに付加されてなることをことを特徴とする請
   求項２記載の荷電粒子線装置。