JPH0727048U - 表面分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 表面分析装置において、試料ステージと対物
レンズの相対的な移動を除去して、分析位置の変動を除
去する。 【構成】 対物レンズ４と試料ステージ６が対向して配
置されている表面分析装置において、その対物レンズ４
と試料ステージ６の間に磁場を形成する磁場形成手段１
を設け、その磁場形成手段１により形成される磁場は対
物レンズ４と試料ステージ６の間に磁力を生じさせ、さ
らにその磁力は対物レンズ４と試料ステージ６の間に相
互作用を与えて両者の相対移動を除去し、これにより分
析位置の変動を除去する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、表面分析装置に関し、特に表面分析装置の試料を保持する試料ステ ージの機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】

表面分析装置は、電子線等の荷電粒子のプローブを試料表面に照射することに より、試料の原子配列，結晶構造，化学組成等の試料の表面状態を観察するもの であり、生体分野、半導体分野等の各種の分野に応用されている。

【０００３】 プローブとして例えば電子線を用いる場合の表面分析装置は、そのプローブを 発生する電子銃、電子銃から放出された電子線を試料表面に収束させる電子レン ズ、軸調整のための偏向装置、試料を保持する試料ホルダ、試料中の分析位置を 調整する試料ステージ、試料からの電子線やＸ線を検出する検出器等を装置の構 成要素としており、また、その他走査を行う装置では走査装置を有している。

【０００４】 前記電子レンズを構成する一つとして対物レンズがあり、この対物レンズは試 料に対向して配置され、試料ステージ上の試料ホルダに保持された試料に電子線 が収束するように照射している。一般に、表面分析装置では、その表面分析装置 の各種の構成部分が発生する振動や、表面分析装置以外から伝達してくる振動の ために対物レンズと試料ステージとの間の相対的位置が変動して、対物レンズか ら照射される電子線の試料上における位置が変動する場合がある。この試料上の 電子線の照射位置の変動は、分析位置の誤差を生じさせることになる。

【０００５】 従来、装置の各所にダンパー等の振動防止材を設置したり、対物レンズを試料 ステージに直接に接触させ、試料ステージを対物レンズに機械的に固定するとい った処置により、試料の観察位置を固定して振動による影響を防止することが行 われている。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、従来の表面分析装置においては、 （１）ダンパー等の振動防止材では充分に振動を除去することができないという 問題点があり、また、（２）試料ステージを対物レンズに機械的に固定するもの においては、対物レンズ及び試料ステージに対して負荷がかかり、場合によって は対物レンズが機械的に変形してレンズの軸がずれるという問題点がある。また 、試料を移動する場合には、試料ステージの対物レンズへの固定を解除する必要 があり、操作に時間がかかるという問題点もある。

【０００７】 そこで、本考案は前記従来の表面分析装置の問題点を解決して、試料ステージ と対物レンズの相対的な移動を除去して、分析位置の変動を除去した表面分析装 置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】

本考案は、対物レンズと試料ステージが対向して配置されている表面分析装置 において、その対物レンズと試料ステージの間に磁場を形成する磁場形成手段を 設け、その磁場形成手段により形成される磁場によって対物レンズと試料ステー ジの間に磁力を生じさせ、さらにその磁力によって対物レンズと試料ステージの 間に相互作用を与えて両者の相対移動を減少させることにより、前記目的を達成 する。

【０００９】 本考案において、磁場形成手段は対物レンズと試料ステージの間に磁場を形成 する機能を有する手段であり、例えば、永久磁石や電磁石等を用いて構成するこ とができる。また、磁場形成手段により対物レンズと試料ステージの間に与えら れる相互作用は、磁力による吸引力あるいは反発力を利用するものであり、対物 レンズと試料ステージの両者を同一の方向に移動させるものである。

【００１０】

【作用】 本考案によれば、前記の構成によって、表面分析装置の対物レンズと試料ステ ージの間に磁場を形成する磁場形成手段を設け、その磁場形成手段により形成さ れる磁場によって対物レンズと試料ステージの間に磁力を生じさせ、さらにその 磁力により対物レンズと試料ステージの間に両者の相対移動を減少させる相互作 用を与えることができ、これにより、試料ステージと対物レンズの相対的な移動 を除去して、分析位置の変動を除去することができる。

【００１１】

【実施例】

以下、本考案の実施例について図を参照しながら詳細に説明する。

【００１２】 図１は、本考案の表面分析装置における試料ステージの機構ブロック図である 。なお、図１の表面分析装置では、試料ステージの機構にかかわる構成のみを示 し、その他の表面分析装置の通常の構成であるため省略している。また、図示さ れる構成は本考案の表面分析装置の一構成例であって、この構成に限定されるも のではなく、例えば電子線以外のプローブにより行う表面分析装置に適用するこ とも可能である。以下、電子線をプローブとした表面分析装置を例にして説明す る。

【００１３】 図１の表面分析装置における試料ステージの機構において、図示していない試 料に対して電子銃２から電子線が照射される。電子線は、対物レンズ４を含む電 子レンズ３により収束される。対物レンズ４は、試料を保持する試料ステージ６ に直接対向する位置にあり、該試料ステージ６とある一定の距離を隔てて非接触 状態に保持されている。試料ステージ６は、試料を直接保持する試料ホルダ５を 前記対物レンズ４に対向する位置に持ち、電子銃２からの電子線が試料に照射さ れるように試料を位置決めしている。そして、この試料ステージ６はベース８に 対して、例えば試料ステージ支持機構７によりＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能 であり、試料上の分析位置の設定や変更を行うことができる。

【００１４】 １は磁場形成手段であり、その磁場形成手段の形成する磁場によって対向配置 された対物レンズ４と試料ステージ６との間に磁力を発生させることによりそれ らに相互作用を生じさせるものであり、この相互作用は対物レンズあるいは試料 ステージの移動に対して試料ステージ及び対物レンズを追従させることにより、 対物レンズと試料ステージの相対的移動を減少させるものである。

【００１５】 図２は、本考案の表面分析装置の磁場形成手段の第１の実施例を説明する図で あり、図１に示す試料ステージの機構の磁場形成手段の構成部分を示し、その他 の表面分析装置の構成部分は省略している。

【００１６】 図２に示す第１の実施例は磁場形成手段を永久磁石によって構成するものであ る。図２において、磁場形成手段１は試料ステージ６に固定された永久磁石１１ と対物レンズ４のヨーク４１とから構成され、永久磁石１１は試料ステージ６側 のヨーク４１に対向して設置される。永久磁石１１の磁場により形成される磁束 は、対物レンズ４のヨーク４１を磁路の一部として閉磁路を構成し、対物レンズ ４と試料ステージ６との間に相互に吸引する方向の力を発生し、対物レンズ４あ るいは試料ステージ６の移動に対して試料ステージ６及び対物レンズ４が追従す る動きを生じさせる。なお、一般に、対物レンズ４を構成するヨーク４１は純鉄 により形成されており、ヨーク４１を磁路の一部とすることができる。また、永 久磁石１１により形成される磁束が対物レンズ４により形成される磁場に影響が 生じないように、永久磁石１１の試料ステージ６上での設置位置や形状を設定し ておくものとする。

【００１７】 試料ステージ６は、試料ステージ支持機構７を介してベース８に取り付けられ ている。この試料ステージ支持機構７は、試料ステージ６のＺ軸方向の位置は変 動させず、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の移動を可能とするものであり、例えばＸ方向 支持部７１とＹ方向支持部７２とにより構成することができる。そして、該Ｘ方 向支持部７１とＹ方向支持部７２は自在機構と駆動機構とを持ち、駆動機構を動 かすことにより試料ステージ６をＸ方向あるいはＹ方向に移動させることができ 、また、駆動機構に駆動力を供給しない場合には自在機構により試料ステージ６ をＸ方向あるいはＹ方向にフリーに移動させる機能を持たせることができる。

【００１８】 前記構成の本考案の第１の表面分析装置において、はじめに試料ステージ支持 機構７の駆動機構により試料ステージ６を対物レンズ４に対して移動し、電子線 が試料上の分析位置に一致させて位置決めを行う。この位置決めを行った後、試 料ステージ支持機構７をフリーの状態として通常の分析が行われる。この分析中 において表面分析装置に振動が生じると、その振動により対物レンズ４と試料ス テージ６も振動するが、前記構成の永久磁石１１からなる磁場形成手段により、 対物レンズ４と試料ステージ６と間には相互に引き合う磁力が生じているため、 対物レンズ４と試料ステージ６は相互に追従して動き前記振動に応じて同様な振 動状態となって、相対的な移動は生じない。したがって、対物レンズ４を介して 照射される電子線の試料上における位置は、振動にかかわらず一定となる。

【００１９】 次に、図３により本考案の表面分析装置の磁場形成手段の第２の実施例を説明 する。なお、図３に示す試料ステージの機構の磁場形成手段の構成部分を示し、 その他の表面分析装置の構成部分は省略している。

【００２０】 図３に示す第２の実施例は磁場形成手段を電磁石によって構成するものであり 、前記第１の実施例の永久磁石１１を電磁石１２に変更した以外は、第１の実施 例と同様の構成である。第２の実施例の磁場形成手段１は試料ステージ６に固定 された電磁石１２と対物レンズ４のヨーク４１とから構成され、電磁石１２は試 料ステージ６側のヨーク４１に対向して設置され、電磁石１２により形成される 磁束は、対物レンズ４と試料ステージ６との間に相互に吸引する方向の力を発生 し、対物レンズ４と試料ステージ６の追従運動を可能にしている。

【００２１】 また、電磁石１２により形成される磁束が対物レンズ４により形成される磁場 に影響が生じないように、試料ステージ６上での設置位置や形状を設定しておく ものとする。なお、電磁石１２はコイル１３により電流が供給され、該電流の供 給は表面分析装置の図示しない制御装置により制御することができる。

【００２２】 前記構成の本考案の第２の表面分析装置において、はじめに試料ステージ支持 機構７の駆動機構により試料ステージ６を対物レンズ４に対して移動し、電子線 が試料上の分析位置に一致させて位置決めを行う。この位置決めを行った後、試 料ステージ支持機構７をフリーの状態として通常の分析が行われる。この分析中 において、コイル１３に電流を供給して電磁石１２を動作させる。この状態で表 面分析装置に振動が生じると、その振動により対物レンズ４と試料ステージ６も 振動するが、前記構成の電磁石１２からなる磁場形成手段により、前記第１の実 施例と同様に対物レンズ４と試料ステージ６と間には相互に引き合う磁力が生じ 、この磁力により対物レンズ４と試料ステージ６は相互に追従して動き前記振動 に応じて同様な振動状態となって相対的な移動は生じないことになり、電子線の 試料上における位置は、振動にかかわらず一定となる。

【００２３】 次に、図４により本考案の表面分析装置の磁場形成手段の第３の実施例を説明 する。なお、図４に示す試料ステージの機構の磁場形成手段の構成部分を示し、 その他の表面分析装置の構成部分は省略している。

【００２４】 図４に示す第３の実施例は磁場形成手段として対物レンズのヨークからの漏れ 磁束を用いるものであり、磁場形成手段の構成以外の構成は前記第１の実施例及 び第２の実施例と同様であるため、その説明を省略する。

【００２５】 図４において、磁場形成手段１は試料ステージ６に固定された磁性部材１５と 対物レンズ４のヨーク４１に形成された漏れ磁束発生部１４とから構成される。 磁性部材１５は磁力により引きつけられる部材であって試料ステージ６の対物レ ンズ４側に取り付けられ、また、磁束発生部１３はヨーク４１の試料ステージ６ 側の一部に、例えば窪み等の凹部を形成することにより形成され、該磁性部材１ ５と漏れ磁束発生部１４とは対向して設置される。ヨーク４１には対物レンズ４ を駆動するための磁束が閉磁路を形成しており、このヨーク４１の一部に窪み等 の凹部を形成すると、該部分において漏れ磁束が生じる。この漏れ磁束の磁束内 に磁性部材１５が位置すると、磁性部材１５とヨーク４１との間に磁力が発生し 、前記第１の実施例及び第２の実施例と同様に、対物レンズ４と試料ステージ６ との間に相互に吸引する方向の力を発生し、対物レンズ４あるいは試料ステージ ６の移動に対して試料ステージ６及び対物レンズ４が追従する動きを生じさせる 。なお、漏れ磁束を発生させるためにヨーク４１に形成する凹部は、対物レンズ ４の磁束の発生に影響を与えないように設定され、また発生する漏れ磁束が対物 レンズ４の磁場に影響を与えないように、その設置位置や形状を設定しておくも のとする。

【００２６】 前記構成の本考案の第３の表面分析装置において、はじめに前記第１の実施例 及び第２の実施例と同様にして位置決めを行い、その後、試料ステージ支持機構 ７をフリーの状態として通常の分析が行われる。この分析中において、対物レン ズ４のヨーク４１の漏れ磁束発生部１４から発生した漏れ磁束は、試料ステージ ６側の磁性部材１５を磁路の一部を構成する。この状態で表面分析装置に振動が 生じると、その振動により対物レンズ４と試料ステージ６も振動するが、前記構 成の磁場形成手段により、前記第１の実施例及び第２の実施例と同様に対物レン ズ４と試料ステージ６と間には相互に引き合う磁力が生じ、この磁力により対物 レンズ４と試料ステージ６は相互に追従して動き前記振動に応じて同様な振動状 態となって相対的な移動は生じないことになり、電子線の試料上における位置は 、振動にかかわらず一定となる。

【００２７】 次に、図５により本考案の表面分析装置の磁場形成手段の第４の実施例を説明 する。なお、図５に示す試料ステージの機構の磁場形成手段の構成部分を示し、 その他の表面分析装置の構成部分は省略している。

【００２８】 図５に示す第４の実施例は、磁場形成手段として対物レンズ側と試料ステージ 側の両方に設けた磁石の反発力を用いるものであり、磁場形成手段の構成以外の 構成は前記第１の実施例、第２の実施例、及び第３の実施例と同様であるため、 その説明を省略する。

【００２９】 図５において、磁場形成手段１は試料ステージ６に固定された磁石１７と対物 レンズ４のヨーク４１に設けられた磁石１７とから構成される。なお、この磁石 は永久磁石あるいは電磁石により構成することができる。磁石１６と磁石１７と は対向して取り付け、その取付け角度を対物レンズ４の中心及び試料ホルダ５か ら外側に対称となるように傾斜して設定する。これにより、磁石１６と磁石１７ との間で生じる磁力は、対物レンズ４と試料ステージ６と反発する方向に作用す るとともに、その作用する力の横方向成分を生じる。この横方向の力は対物レン ズ４あるいは試料ステージ６の移動に対して試料ステージ６及び対物レンズ４が 追従する動きを生じさせる方向となる。なお、磁石１６及び磁石１７は、対物レ ンズ４の磁束の発生に影響を与えないようにその設置位置や形状を設定しておく ものとする。また、対物レンズ４側に設置される磁石１６あるいは試料ステージ ６側に設置される磁石１７、またはその両方を複数とすることにより、試料の分 析位置の調節等により試料ステージ６が移動した場合でも、相互の磁石に磁力が 作用するようにすることができる。

【００３０】 前記構成の本考案の第４の表面分析装置において、はじめに前記第１の実施例 、第２の実施例、及び第３の実施例と同様にして位置決めを行い、その後、試料 ステージ支持機構７をフリーの状態として通常の分析が行われる。この分析中に おいて、磁石１６と磁石１７とは反発し、その傾斜した設置角度により発生する 横方向の力成分が対物レンズ４と試料ステージ６にそれぞれ反対方向に作用する 。この状態で表面分析装置に振動が生じると、その振動により対物レンズ４と試 料ステージ６も振動するが、前記構成の磁場形成手段により、前記第１の実施例 、第２の実施例、及び第３の実施例と同様に対物レンズ４と試料ステージ６と間 には相互作用を生じる磁力が生じ、この磁力により対物レンズ４と試料ステージ ６は相互に追従して動き前記振動に応じて同様な振動状態となって相対的な移動 は生じないことになり、電子線の試料上における位置は、振動にかかわらず一定 となる。

【００３１】 なお、本考案は上記実施例に限定されるものではなく、本考案の趣旨に基づき 種々の変形が可能であり、それらを本考案の範囲から排除するものではない。

【００３２】 前記実施例では、プローブとして電子線を用いた例を示しているが、その他の プローブによる表面分析装置に適用することもできる。

【００３３】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案によれば、表面分析装置において、試料ステージ と対物レンズの相対的な移動を除去して、分析位置の変動を除去することができ る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の表面分析装置における試料ステージの
機構ブロック図である。

【図２】本考案の表面分析装置の磁場形成手段の第１の
実施例を説明する図である。

【図３】本考案の表面分析装置の磁場形成手段の第２の
実施例を説明する図である。

【図４】本考案の表面分析装置の磁場形成手段の第３の
実施例を説明する図である。

【図５】本考案の表面分析装置の磁場形成手段の第４の
実施例を説明する図である。

【符号の説明】

１…磁場形成手段、２…電子銃、３…電子レンズ、４…
対物レンズ、５…試料ホルダ、６…試料ステージ、７…
試料ステージ支持機構、８…ベース、１１…永久磁石、
１２…電磁石、１３…コイル、１４…漏れ磁束発生部、
１５…磁性部材、１６，１７…磁石

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 対物レンズと試料ステージが対向して配
   置されている表面分析装置において、該対物レンズと該
   試料ステージの間に磁場を形成する磁場形成手段を設
   け、該磁場形成手段は該磁場が対物レンズと試料ステー
   ジの間に生じさせる磁力によって、対物レンズと試料ス
   テージの間の相対移動を減少させる相互作用を生じるこ
   とを特徴とする表面分析装置。