WO2015093156A1 - 荷電粒子線装置用防音カバー、及び荷電粒子線装置 - Google Patents

荷電粒子線装置用防音カバー、及び荷電粒子線装置 Download PDF

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武藤　大輔
中川　周一
西岡　明
英輔 上出
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株式会社 日立ハイテクノロジーズ
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    • H01J37/02—Details
    • H01J37/18—Vacuum locks ; Means for obtaining or maintaining the desired pressure within the vessel
    • H01J37/185—Means for transferring objects between different enclosures of different pressure or atmosphere
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/18—Vacuum control means
    • H01J2237/184—Vacuum locks

Definitions

  • the present invention relates to a soundproof cover used for a charged particle beam device or the like, and more particularly to a soundproof cover and a charged particle beam device that can suppress the influence of sound of a specific frequency.
  • the installation of the soundproof cover can suppress image troubles based on high-frequency sound waves, but the image troubles may be worse at low frequencies than before the cover is placed by installing the cover. This is considered to be due to the influence of the acoustic standing wave in the cover longitudinal direction generated inside the cover.
  • the degree of image failure is considered to be proportional to the vibration displacement of the charged particle beam device body when the body is vibrated by the sound pressure applied to the surface of the body.
  • the frequency characteristic of the vibration displacement is proportional to the square of the frequency. That is, when random noise whose frequency characteristics have a constant value is applied to the main body of the apparatus, it is generally not preferable that an image failure is likely to occur at a low frequency, and this deteriorates due to the installation of a cover.
  • Patent Document 2 describes a method of installing a cylindrical body having a wall surface along an inner wall of a cover in the cover surrounding the charged particle beam device.
  • Patent Document 3 describes a method in which a sound absorbing material whose vertical, horizontal, and height sizes are 1 ⁇ 4 of the cover dimensions is arranged at the corners of the cover.
  • a soundproof cover is installed for the purpose of preventing image troubles caused by installation environment sounds. Although image troubles are reduced relatively well at high frequencies, two cover longitudinal directions are generated inside the cover. Under the influence of the following acoustic standing wave, the low frequency may be worse than before the cover is installed.
  • the charged particle beam apparatus includes a cover that surrounds the charged particle beam column and the sample chamber, and is arranged with a first gap between the sample transport mechanism and an arrangement of the cover and the sample transport apparatus An opening is provided in the wall surface of the cover whose first direction is the surface direction, and the opening is a length in the first direction of the wall surface from the center position of the cover in the first direction.
  • a charged particle beam device provided at a position within 1/8 of.
  • the figure which shows an example of the charged particle beam apparatus provided with the soundproof cover (Example 1).
  • Example 3 The enlarged view of the door-shaped soundproof cover which can be opened and closed (example which provided two sound-absorbing materials so as to oppose the wall surface which comprises a labyrinth).
  • Example 4 The enlarged view of the door-shaped soundproof cover which can be opened and closed (example which provided the sound-absorbing material so that a labyrinth might be plugged up).
  • Example 5 The figure which shows the example which installed the soundproof cover in the charged particle beam apparatus.
  • Example 6 The figure explaining the calculation model for analyzing the sound pressure level in a soundproof cover.
  • the embodiment described below relates to a soundproof cover and a charged particle beam device that are intended to achieve both suppression of image failure caused by a specific frequency and downsizing. Further, the configuration considering the cost and workability viewpoint and the maintainability will also be described.
  • a soundproof cover provided mainly for the purpose of preventing image failure caused by installation environment sound in a charged particle beam device is improved uniformly in all frequency bands, and the charged particle beam device.
  • a soundproof cover structure that realizes dustproofness that can withstand use in a clean room, which is an installation environment, and ease of opening and closing the cover in consideration of maintainability will be described.
  • the soundproof cover surrounding the charged particle beam device as an example, an opening opened for the purpose of releasing the pressure of the acoustic standing wave generated in the cover with respect to the vicinity of the longitudinal center of the soundproof cover.
  • a soundproof cover having a portion (interference wave introduction hole) and a charged particle beam device surrounded by the soundproof cover will be described.
  • the soundproof cover surrounding the charged particle beam device as described above, by providing an opening with respect to the vicinity of the longitudinal center of the soundproof cover, the pressure of the acoustic standing wave generated in the cover can be released. It is possible to provide a soundproof cover that suppresses the acoustic standing wave and reduces the image disturbance caused by the specific frequency, and as a result, improves the image disturbance uniformly in the entire frequency band.
  • the embodiment described below relates to a charged particle beam apparatus in which image disturbance occurs due to acoustic excitation.
  • it relates to a soundproof cover for reducing noise and vibration from the external environment, and is assumed to be used particularly in a clean room.
  • the soundproof cover for the high-resolution charged particle beam device installed for the purpose of preventing the occurrence of an image failure caused by the installation environment improves the soundproofing performance uniformly over the entire frequency band,
  • a structure that can be realized at low cost without impairing dustproofness that can withstand use of a clean room, which is an environment for installing a charged particle beam device, and ease of cover analysis in consideration of maintainability will be described.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a charged particle beam apparatus provided with a soundproof cover.
  • a scanning electron microscope that forms an image and a waveform profile by converting electrons obtained by scanning an electron beam into a signal among charged particle beam apparatuses will be described as an example.
  • the present invention is not limited to this.
  • a soundproof cover as described later can be applied to another charged particle beam apparatus such as a focused ion beam apparatus that irradiates a sample with a focused ion beam.
  • a soundproof cover is provided in a scanning electron microscope for length measurement that measures the size of a pattern of a semiconductor device among scanning electron microscopes will be described.
  • the length-measuring scanning electron microscope illustrated in FIG. 1 is mainly composed of a sample transport device 12 for transporting a sample and an electron microscope covered with a soundproof cover 30, and FIG. This is a perspective view of the microscope 11. In FIG. 2, the sample transport device is shifted toward the front so that the inside of the cover of FIG.
  • the length measuring electron microscope is generally composed of an electron microscope main body, a soundproof cover that covers the electron microscope body from the outside, and a sample transport device that carries the sample into the electron microscope.
  • the sample transport device has a function of carrying the sample into the electron microscope main body and at the same time, cleaning the sample in an ideally clean state. Because of this cleaning function, the sample transport device is equipped with a device called FFU (fan filter unit). Since this vibrates greatly, the sample transport device must not be transmitted to the main body of the electron microscope. It arrange
  • FFU fan filter unit
  • FIG. 16 is a side view of the scanning electron microscope for length measurement.
  • an electron microscope column 1601 in which an electron beam is generated, a lens and a deflector for focusing and deflecting the electron beam, and a sample chamber 1602 for maintaining the introduced sample atmosphere in a vacuum state.
  • a preliminary exhaust chamber 1603 for evacuating the sample atmosphere from the atmosphere to a vacuum state is incorporated.
  • a vacuum valve 1604 is disposed between the sample chamber 1602 and the preliminary exhaust chamber 1603 to block both spaces during preliminary exhaust in the preliminary exhaust chamber 1603.
  • a vacuum valve (not shown) is also provided in the opening on the atmosphere side of the preliminary exhaust chamber 1603.
  • a sample transport device 12 is provided so as to be adjacent to the soundproof cover 13 through a gap 21.
  • the sample transfer device 12 includes an FFU 1605 that prevents entry of foreign matter and the like from the outside by increasing the internal pressure of the sample transfer device 12, and a transfer robot 1607 that unloads the wafer from the wafer cassette 1606 and introduces the wafer into the preliminary exhaust chamber 1603. Built in. As illustrated in FIG.
  • the amount of the preliminary exhaust chamber 1603 is provided, so that the wafer introduction / unload direction (the arrangement direction of the sample chamber 1602 and the preliminary exhaust chamber 1603, or The length of the apparatus tends to be longer in the sample transport apparatus 12 and the electron microscope (soundproof cover), and the soundproof cover 13 surrounding the scanning electron microscope is also in a direction orthogonal to the wafer introduction direction (see FIG. 16). Compared to (perpendicular to the plane of the drawing), the rectangular parallelepiped is longer in the introduction direction of the wafer.
  • a high effect can be obtained by providing the interference wave introducing hole 30 on the wall surface (for example, the upper surface and side surface of the cover) parallel to the wafer conveyance direction of the soundproof cover.
  • the wall surface for example, the upper surface and side surface of the cover
  • a long interference wave introduction hole 30 at the center in the wafer introduction direction and perpendicular to the longitudinal direction, as described above. High effects can be obtained.
  • FIG. 3 shows this, and in the above-mentioned length measuring electron microscope, it is considered that this standing wave is excited by air entering and exiting from a vibration insulation gap provided between the sample transport device and the soundproof cover. be able to.
  • this secondary acoustic standing wave in the longitudinal direction of the cover is that the sound wave having the same length as that of the longitudinal direction of the cover at the generated frequency constantly travels in the longitudinal direction of the cover.
  • an opening is provided at a position as shown in FIG. Unlike the above-described electron microscope for length measurement, a gap is not provided to the end portion, and an opening is provided to the vicinity of the center for any side. In addition, since the antinode of the pressure that requires air to escape is generated at the four corners of a quadrangle formed by this surface and the cover in a plane perpendicular to the target side, openings are provided at positions as shown in FIG. Is desirable.
  • a frame, a jig, and the like are adjacent to a new opening (interference wave introduction hole) provided to attract low frequency sound.
  • An intricate corridor (labyrinth) may be formed between the cover and the high-frequency noise may be reduced by multiple reflections.
  • this bent portion is formed, at least a first wall surface for blocking sound that enters linearly from a direction orthogonal to the opening (a direction orthogonal to the surface when the opening is a surface) is provided. Necessary.
  • the second wall surface having a surface in a second direction different from the first wall surface is configured to be connected to the first wall surface, and the third wall surface is formed at a position facing the first wall surface. Then, by securing a passage between the first and third wall surfaces, a labyrinth as illustrated in FIG. 6 can be formed. Furthermore, if the periphery of this corridor (labyrinth) is covered with a sound absorbing material, the effect of reducing high-frequency noise is further increased. Considering that the installation environment of the charged particle beam apparatus is a clean room, it is desirable that the sound absorbing material is wrapped with dustproof fibers. As long as the sound permeability of a certain level can be confirmed, the corridor portion can be completely covered with a sound absorbing material.
  • the cover can be opened and closed by supporting the other end with a hinge or the like to the frame. Removal work becomes very simple.
  • the measures concerning the reduction of high frequency noise discussed for the new opening (interference wave introducing hole) as described above are, for example, a sample transport device and a soundproof cover provided for vibration isolation in an electron microscope for length measurement. The gaps between them may be taken, and this is expressed as shown in FIG.
  • the corridor (labyrinth) is formed by using the covers or the cover and the frame or the jig extending from the frame
  • an opening and a corridor may be formed by a single cover alone, and a sound absorbing material wrapped with dustproof fibers may be disposed here.
  • the corridor may be completely covered with a sound absorbing material as shown in FIG. All of the above discussions have been focused on the electron microscope for length measurement, which is one of the charged particle beam devices.
  • a structure plan is also applicable to a charged particle beam apparatus that is long in the vertical direction as shown in FIG.
  • the soundproof cover 13 illustrated in FIG. 10 is a rectangular parallelepiped covering the charged particle beam device, and an interference wave introduction hole 30 is provided in the longitudinal center of the longest side of the rectangular parallelepiped. Is provided.
  • FIG. 11 is a schematic diagram of a numerical acoustic analysis model regarding the position and size of the interference wave introduction hole.
  • the model assumes a cover with a length of 800 mm, a width of 500 mm, and a height of 700 mm.
  • One surface of the surface (500 mm ⁇ 700 mm surface) having the smallest area is connected to another member via a gap of 10 mm. And is adjacent.
  • the other member corresponds to a sample transport device.
  • a point sound source having an output with a volume acceleration of 1 m 3 / s 2 was set at a position 1000 mm outside the surface having the maximum area (surface of 800 mm ⁇ 700 mm).
  • the calculation is performed with and without the interference wave introduction hole, and the sound pressure frequency characteristic at the cover center equivalent position when the cover itself does not exist in the first place. Compared.
  • the sound pressure is determined by the distance between the sound source and the sound receiving point as shown in FIG. 13 (generally known as “distance attenuation” in the field of acoustics).
  • the distance between the sound source and the sound receiving point is 1250 mm
  • the sound receiving point sound pressure level is 71.8 dB as shown by the solid line in FIG.
  • the noise level decreases at many frequencies as compared to the case without a cover, but a certain specific frequency (442 Hz, 493 Hz, 551 Hz, etc. in the figure).
  • a peak occurs.
  • the largest peak at 442 Hz is the secondary acoustic standing wave in the longitudinal direction (800 mm direction).
  • this wavelength ⁇ is 0.8 m (800 mm) and the sound speed c is 340 m / s
  • FIG. 14 and FIG. 15 are diagrams showing analysis results regarding the position and size of the opening.
  • FIG. 14 shows the central sound pressure level in the cover when the distance between the openings at the cover end is fixed to 10 mm and the distance between the openings at the center of the cover is fixed to 10 mm, and the position of the opening at the center of the cover is changed. It is the figure which showed the change. As shown in the figure, it can be seen that the sound pressure level is reduced most when opening in the center of the cover, and the sound pressure level increases as it deviates from it. When lowering the sound pressure level by 3 dB or more compared to the case without an opening, the opening is installed at a position 320 to 540 mm from the end of the cover.
  • FIG. 15 shows the central sound in the cover when the gap between the cover ends is 10 mm, the position of the opening provided in the cover is fixed at the center in the longitudinal direction of the cover, and the size of the opening provided in the cover is changed. It shows the change in pressure level.
  • the sound pressure level can be reduced most by setting the size of the opening to the same level as the size of the opening at the end of the cover. It can be seen that it is necessary to provide an opening of 3.3 mm or more in order to achieve a sound pressure level lowering effect of 3 dB or more as compared to the case of no opening.
  • the above effect can be realized by forming an opening having a size of 1/3 or more of the opening provided at the end of the cover in the cover. *

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Abstract

特定周波数によってもたらされる画像障害の抑制と、小型化の両立が可能な荷電粒子線装置を提供する。 試料搬送装置（１２）を備えた荷電粒子線装置であって、試料搬送装置（１２）との間に間隙（２１）をもって配置されると共に、荷電粒子線カラムと試料室を包囲する防音カバー（１３）を備え、当該カバー（１３）と前記試料搬送装置（１２）の配列方向である第１の方向が面方向である前記カバー（１３）の壁面に、開口（３０）が設けられると共に、当該開口（３０）は、前記カバー（１３）の前記第１の方向の中心位置から、当該壁面の第１の方向の長さの１／８以内の位置に設けられる荷電粒子線装置。

Description

荷電粒子線装置用防音カバー、及び荷電粒子線装置
本発明は，荷電粒子線装置等に用いられる防音カバーに係り、特に特定周波数の音の影響を抑制し得る防音カバー、及び荷電粒子線装置に関する。
　電子線を用いて微小構造を高分解能で観察を行う電子顕微鏡などの荷電粒子線装置では、分解能の向上に伴って外部からの微小な振動や音によって画像障害が発生する可能性がある。その対策として、設置環境音に基づく画像障害の抑制を目的とした防音カバーを設置することが考えられる。防音カバーを、荷電粒子線装置を取り巻くように設置することによって、荷電粒子線装置への音波の伝達を抑制することができる。
　この防音カバーの設置により、高周波の音波に基づく画像障害を抑制することができるが、低周波ではカバーの設置によりかえってカバーを設置する前と比べて画像障害が悪化する場合がある。この原因はカバー内部に発生するカバー長手方向二次の音響定在波の影響であることが考えられる。
　画像障害の程度は荷電粒子線装置本体が、本体表面に印加される音圧により加振された時の装置の振動変位に比例すると考えられる。一般に物体に周波数特性が一定値となるようなランダムな加振力が加わって振動する時、その振動変位の周波数特性は周波数の二乗に比例する．つまり、周波数特性が一定値となるようなランダムな騒音が装置本体に印加された場合、一般に低周波で画像障害が発生しやすくなり、カバーの設置によりこれが悪化する状況はあまり好ましくない。
　以上のような状況に対する対策として、装置の固有振動数に対して吸音性能が特化した第一の吸音体と、カバー内に発生する音響定在波の周波数領域に対して特化した第二の吸音体をカバー内に設置して対処する方法が特許文献１に記載されている。また、荷電粒子線装置を包囲するカバーにおいて、カバーの内壁に沿った壁面を持つ筒状体を、カバーに設置する方法が特許文献２に記載されている。さらに、特許文献３には、カバーの角部に、縦・横・高さそれぞれの大きさがカバー寸法の１／４の吸音材を配置する方法が記載されている。
特開２０１２－１０４２９８号公報（対応米国特許公開公報ＵＳ２０１３／０２２８６８６） ＷＯ２０１３／１３６９０９ 特開２００７－２２６２１６号公報（対応米国特許ＵＳＰ８，１７０，２５５）
　先述のように、設置環境音によって発生する画像障害を防ぐことを目的に防音カバーが設置されるが、画像障害は高周波では比較的良好に低減されるものの、カバー内部に発生するカバー長手方向二次の音響定在波の影響で、低周波ではカバーを設置する前と比べてかえって悪化する場合がある。
　上述の各引用文献には、固有の周波数の音の荷電粒子線装置へ到達を抑制するための手法が説明されているが、カバー内に比較的大がかりな吸音機構を搭載することになる。
　以下に、特定周波数によってもたらされる画像障害の抑制と、小型化の両立を目的とする防音カバー、及び荷電粒子線装置について説明する。
　上記目的を達成するための一態様として、以下に、試料室と、当該試料室内の試料に荷電粒子線を照射する荷電粒子線カラムと、試料室に導入される試料を搬送する試料搬送装置を備えた荷電粒子線装置であって、試料搬送機構との間に第１の間隙をもって配置されると共に、荷電粒子線カラムと試料室を包囲するカバーを備え、当該カバーと前記試料搬送装置の配列方向である第１の方向が面方向であるカバーの壁面に、開口が設けられると共に、当該開口は、前記カバーの前記第１の方向の中心位置から、当該壁面の第１の方向の長さの１／８以内の位置に設けられる荷電粒子線装置を提案する。
　上記構成によれば、簡単な構成で特定周波数（特に低周波）の音の存在に起因する画像障害等を抑制することが可能となる。
防音カバーを備えた荷電粒子線装置の一例を示す図（実施例１）。 防音カバー内部に配置された電子顕微鏡を説明する図。 カバー内に発生している音響定在波を説明する図。 干渉波導入孔を防音カバーに設けたときの音圧定在波の様子を示す図。 上面と側面に、干渉波導入孔を設けた防音カバーの一例を示す図。 開閉可能な扉状の壁面を有する防音カバーの一例を示す図。（実施例２） 開閉可能な扉状の壁面を有する防音カバーの他の例を示す図。（実施例３） 開閉可能な扉状の防音カバーの拡大図（ラビリンスを構成する壁面に対抗するように２つの吸音材を設けた例）。（実施例４） 開閉可能な扉状の防音カバーの拡大図（ラビリンスを塞ぐように吸音材を設けた例）。（実施例５） 荷電粒子線装置に防音カバーを設置した例を示す図。（実施例６） 防音カバー内の音圧レベルを解析するための計算モデルを説明する図。 防音カバーがない場合、防音カバーを設置した場合、及び干渉波導入孔を設けた防音カバーを設置した場合における音圧周波数特性の解析結果を示す図。 音源からの距離と音圧レベルの関係を示す図。 防音カバーの第１の開口からの距離と、音圧レベルとの関係を示す図。 干渉波導入孔の大きさと、音圧レベルとの関係を示す図。 測長用走査電子顕微鏡の側視図。
　以下に説明する実施例は、特定周波数によってもたらされる画像障害の抑制と、小型化の両立を目的の１つとする防音カバー、及び荷電粒子線装置に関するものである。また、コストや施工性の観点、およびメンテナンス性をも考慮した構成についても併せて説明する。 
　本実施例では、主に荷電粒子線装置において設置環境音によって発生する画像障害を防止することを目的に設けられる防音カバーについて、全周波数帯域において満遍なく画像障害を改善させ、且つ、荷電粒子線装置の設置環境であるクリーンルームでの使用に耐えうる防塵性、及びメンテナンス性を考慮したカバー開閉容易性を損なうことなく実現する防音カバー構造を説明する。
　本実施例として、以下に荷電粒子線装置を包囲する防音カバーにおいて、当該防音カバーの長手方向中央付近に対してカバー内に発生した音響定在波の圧力を逃がすことを目的に開けられた開口部（干渉波導入孔）を備えた防音カバー、及び当該防音カバーに包囲される荷電粒子線装置を説明する。
　上述のように荷電粒子線装置を包囲する防音カバーについて、防音カバーの長手方向中央付近に対して開口部を設けることで、カバー内に発生した音響定在波の圧力を逃がすことができ、該音響定在波を抑制して特定周波数によってもたらされる画像障害を低減し、結果としとして、全周波数帯域において満遍なく画像障害を改善させる防音カバーを提供できる。
　以下に説明する実施例は，音響加振されることによって画像障害が発生する荷電粒子線装置に関する．その一例として，外部環境からの騒音や振動を低減するための防音カバーに関するもので，特にクリーンルームなどで使用されることを想定したものである。
　特に本実施例では、設置環境によって引き起こる画像障害の発生を防止することを目的に設置される高分解能荷電粒子線装置用の防音カバーについて、全周波数帯域に渡って満遍なく防音性能を向上させ、且つ、荷電粒子線装置設置環境であるクリーンルームの使用に耐えうる防塵性と、メンテナンス性を考慮したカバー解析の容易性を損なうことなく、安価に実現する構造を説明する。
　図１は、防音カバーを備えた荷電粒子線装置の一例を示す図である。なお、本実施例では、荷電粒子線装置の中でも電子ビームの走査によって得られる電子を信号化することによって画像や波形プロファイルを形成する走査電子顕微鏡を例にとって説明するが、これに限られることはなく、例えば集束イオンビームを試料に照射する集束イオンビーム装置のような他の荷電粒子線装置に、後述するような防音カバーを適用することも可能である。更に、以下に説明する実施例では、走査電子顕微鏡の中でも半導体デバイスのパターンの寸法を測定する測長用走査電子顕微鏡に防音カバーを施設した例について説明する。図１に例示する測長用走査電子顕微鏡は、主に試料を搬送するための試料搬送装置１２と、防音カバー３０に覆われた電子顕微鏡によって構成されており、図２は防音カバー内部の電子顕微鏡１１の透視図となる。なお、図２は図１のカバー内部がよくわかるように、試料搬送装置を手前へずらし、カバーの一部を非表示にしたものである。
　測長用電子顕微鏡は一般に電子顕微鏡本体とそれを外から覆う防音カバー、さらに、電子顕微鏡へ試料を搬入する試料搬送装置で構成されている。試料搬送装置は試料を電子顕微鏡本体へ搬入すると同時に、その前に試料を一端理想的にクリーンな状態に洗浄する機能を有す。この洗浄機能のために試料搬送装置にはＦＦＵ（ファン・フィルタ・ユニット）と呼ばれる装置が搭載されており、これが大きく振動するために、その振動を電子顕微鏡本体へ伝えないように試料搬送装置は電子顕微鏡およびそれを外から覆う防音カバーとの間に振動絶縁用の隙間を介して配置される。
　図１６は、測長用走査電子顕微鏡の側視図である。防音カバー３０内には、電子ビームを発生し、当該電子ビームを集束、偏向するためのレンズや偏向器が内蔵された電子顕微鏡カラム１６０１、導入された試料雰囲気を真空状態に維持する試料室１６０２、試料室１６０２に試料を導入する前に、試料雰囲気を大気から真空状態に真空引きするための予備排気室１６０３が内蔵されている。また、試料室１６０２と予備排気室１６０３との間には、予備排気室１６０３内の予備排気時に、両空間を遮断する真空バルブ１６０４が配置されている。また、予備排気室１６０３の大気側の開口にも、図示しない真空バルブが備えられる。
　また、防音カバー１３に、隙間２１を介して隣接するように、試料搬送装置１２が備えられている。試料搬送装置１２には、試料搬送装置１２の内圧を高めることで、外部からの異物等の浸入を阻止するＦＦＵ１６０５、ウェハカセット１６０６からウェハを搬出し、予備排気室１６０３に導入する搬送ロボット１６０７が内蔵されている。図１６に例示するように、予備排気室１６０３を備えた走査電子顕微鏡では、予備排気室１６０３が設けられている分、ウェハの導入搬出方向（試料室１６０２と予備排気室１６０３の配列方向、或いは試料搬送装置１２と電子顕微鏡（防音カバー）の配列方向）に装置の長さが長くなる傾向にあり、走査電子顕微鏡を包囲する防音カバー１３も、ウェハの導入方向に直交する方向（図１６の紙面垂直方向）に比べて、ウェハの導入方向に長い直方体となる。後述するように、防音カバーのウェハ搬送方向と平行な壁面（例えばカバーの上面、側面）に、干渉波導入孔３０を設けることによって、高い効果を得ることができる。図１６に例示するような予備排気室を備えた走査電子顕微鏡の場合、ウェハ導入方向の中央部であって、長手方向に直交する方向に長い干渉波導入孔３０を設けることによって、上述のような高い効果を得ることが可能となる。
　先述のように、周囲を取り囲むようなカバーで準閉空間が形成されると、カバー内に音響定在波が発生し、これが画像障害を引き起こす原因となる。電子顕微鏡本体が配置されるカバー中央付近で音圧の腹が形成される定在波のうち最も低次のものは、カバー長手方向二次である。図３はこれを示したもので先述の測長電子顕微鏡では試料搬送装置と防音カバーの間に設けられた振動絶縁用の隙間から空気が出入りすることによりこの定在波が励振されると捉えることができる。
　ところで，このカバー長手方向二次の音響定在波は、その発生周波数ではカバー長手方向と同じ長さの波長の音波が、そのカバー長手方向を絶えず往来しているわけであるが、それはつまり前記振動絶縁用の隙間と電子顕微鏡本体が配置されるカバー中央付近が波動的に逆位相の振る舞いをすることを意味している。したがって図４に示すように、カバー長手方向中央付近に対して、前記振動絶縁用の隙間と同程度の開口（干渉波導入孔）を新たに設けると、前記振動絶縁用の隙間から流入した空気と同量の空気がカバー中央付近に新たに設けた開口から流出することとなり、カバー長手方向二次の音響定在波が抑制されて，結果的にカバーを設置することによってかえって画像障害増大していたような現象を低減できる。
　長手方向のみならず，カバーの主３軸全てに対して二次の音響定在波を抑制しようとすると、図５のような位置に開口が設けられることとなる。先述の測長用電子顕微鏡のように端部に対して隙間を設けるようなことはせず、どの辺に対しても中央近辺に対して開口を有する。なお、空気を逃がす必要のある圧力の腹は、対象となる辺に対して垂直な面内ではこの面とカバーでできる四角形の四隅に発生するため、図５のような位置に開口を設けることが望ましい。
　ここまでの説明で，干渉波導入孔なる新たな開口をカバー長手方向中央に設けることで低周波の画像障害問題を回避できることを示したが、一方で今度は逆に、防音カバーによって防音性能が発揮されていた高周波で、本来の防音カバーの性能が低下する可能性がある。
　そこで、図６のように、低周波の音を呼び込むように設けられた新たな開口部（干渉波導入孔）に対して高周波の騒音を低減することを目的に、フレームや治具および隣り合うカバーとの間で入り組んだ回廊（ラビリンス）を作り、高周波の騒音をここで多重反射させて低減するように工夫してもよい。このように開口の音の通路となる部分に屈曲部を設けることによって、多重反射による高周波成分を低減することができる。なお、この屈曲部を形成する場合には、少なくとも開口に直交する方向（開口を面としたときに当該面に直交する方向）から直線的に浸入する音を遮断するための第１の壁面が必要となる。また、第１の壁面に対し異なる第２の方向の面を持つ第２の壁面を第１の壁面と接続するように構成し、且つ第１の壁面に対抗する位置に第３の壁面を形成し、第１と第３の壁面との間に通路を確保することによって、図６に例示するようなラビリンスを形成することが可能となる。さらには、この回廊（ラビリンス）の周囲を吸音材で覆えば、高周波騒音の低減効果は更に大きくなる。荷電粒子線装置の設置環境がクリーンルームであることを考えると、この吸音材は防塵繊維で包まれていることが望ましい。低周波数に置いて有る程度の音響透過性が確認できるのであれば、該回廊部を完全に吸音材で塞いでしまっても差し障り無い。
　また、図のようにカバーの一方の端部で該回廊を形成するならば、もう一方の端部をフレームに対してヒンジなどで支持すれば、カバーが開閉可能となり、メンテナンス時に必用なカバーの撤去作業が非常に簡便となる。
　上記に示したような新たな開口部（干渉波導入孔）に対して論じた高周波騒音の低減に関する施策は、例えば測長用電子顕微鏡において振動絶縁のために設けられる試料搬送装置と防音カバーの間の隙間に対しても講じてもよく、これを表現すると図７のようになる。
　ここまで図６および図７を用いて、回廊（ラビリンス）の形成方法についてカバー同士、あるいは、カバーとフレームもしくはフレームから伸びた治具で形成する実施例を説明した。一方で図８に示すように一つのカバー単体で開口部および回廊を形成し、ここに防塵繊維で包まれた吸音材を配置してもよい。また、先述のように、低周波数に置いて有る程度の音響透過性が確認できるのであれば、図９のように該回廊部を完全に吸音材で塞いでしまっても良い。 
　以上の議論全て荷電粒子線装置のひとつである測長用電子顕微鏡を対象として論じてきたが、一般的な防音カバーを有する荷電粒子線装置でも床面との位置調整のために、床面近傍に対し、先の測長用電子顕微鏡の振動絶縁用の隙間に類するような既存の隙間が設けられる場合が多い。この場合でも、図４に示すようにカバー長手方向中央に対して干渉波導入孔なる新たな開口を設けることで同様な効果が期待できる。
　また図６ないし図９で示したような開口部の回廊構造や、防塵繊維で覆われた吸音材の設置、回廊側と反対の端部を支持する構造、あるいはカバー単体で開口や回廊を設けるなどの構造案は、図１０に示すような縦方向に長い荷電粒子線装置に対しても適用可能である。図１０に例示した防音カバー１３も、図１に例示した防音カバーと同様に、荷電粒子線装置を覆う直方体であり、当該直方体の最も長い辺の長手方向の中央部に、干渉波導入孔３０が設けられる。
　次に、干渉波導入孔となる開口の適切な位置や大きさの条件について、図面を用いて説明する。図１１は干渉波導入孔の位置および大きさに関する数値音響解析モデルの模式図を示したものである。当該モデルは、な長さ８００ｍｍ、幅５００ｍｍ、高さ７００ｍｍのカバーを想定したもので、面積が最小となる面（５００ｍｍ×７００ｍｍの面）の一方の面は１０ｍｍの隙間を介して、他部材と隣接している。当該他部材とは試料搬送装置に相当するものである。また、面積が最大となる面（８００ｍｍ×７００ｍｍの面）の外側１０００ｍｍの位置に体積加速度が１ｍ3／ｓ2の出力を有するような点音源を設定した。この時のカバー内中央音圧の周波数応答に関して、干渉波導入孔を設けた場合と、設けなかった場合について計算し、さらにそもそもカバー自体が存在しない場合のカバー中央相当位置の音圧周波数特性と比較した。
　計算結果を図１２に示す。そもそもカバーが無い場合では，図１３に示すように音源と受音点の距離で音圧は決まる（一般に音響学の分野では「距離減衰」として知られる）。この場合では音源と受音点の距離は１２５０ｍｍであるので、カバーが無い場合では受音点音圧レベルは図１２の実線で示すように７１．８ｄＢとなる。
　一方で開口の無いカバーをつけると計算結果図１２の破線で示すように、多くの周波数では、カバー無しに比べて騒音レベルが下がるが、ある特定の周波数（図では４４２Ｈｚ、４９３Ｈｚ、５５１Ｈｚなど）にピークが発生する。最も大きい４４２Ｈｚのピークが、長手方向（８００ｍｍの方向）二次の音響定在波であることは、この波長λを０．８ｍ（８００ｍｍ）、音速ｃを３４０ｍ／ｓとしたときに、発生周波数がｆ＝ｃ／λ＝４２５Ｈｚと求められ、この演算結果が４４２Ｈｚとほぼ等しいことから判断できる。
　これに対し，図１１に示したようにカバーに対して幅１０ｍｍの干渉波導入孔を設けた場合では、図１２の実線で示すように上記の定在波に起因する４４２Ｈｚのピークのレベルが１０ｄＢ近くも低減していることが分かる。
　このように、防音カバーの長手方向中央付近に対して干渉波導入孔のような開口部を設けることで、カバー端部の開口部から流入する空気を原因として発生する音響定在波の圧力を逃がすことができ、その開口位置はカバー長手方向中央付近が最適である。また、カバー長手方向中央付近に設けられる開口は、カバー端部に設けられる開口と同程度の大きさにすることが望ましい。図１４および図１５は開口部の位置と大きさに関する解析結果を示す図である。
　図１４はカバー端部の開口部の間隔を１０ｍｍ、カバー中央部の開口部の間隔を１０ｍｍと固定して、カバー中央部の開口部の位置を変化させた場合のカバー内中央音圧レベルの変化を示した図である。図のように、カバー中央に開口する時が最も音圧レベルが低減し、それから逸れるに従って音圧レベルが大きくなることが分かる。開口無しに比べて３ｄＢ以上、音圧レベルを低下させる場合には、開口は、カバー端部から３２０～５４０ｍｍの位置に設置する。
　以上のような検証から、カバーの長手方向の中央（４００ｍｍの位置）を基準として、前記該荷電粒子線装置用カバーの長手方向長さの１／４の長さの範囲に開口を設けることによって、音圧レベルを効果的に低下できることがわかる。換言すれば、カバー長手方向の中心から、カバー長手方向の長さの１／８の範囲に、開口を設けることによって、上記の効果を実現することができる。
　図１５はカバー端部の隙間の間隔を１０ｍｍ、カバーに設けられる開口部の位置をカバー長手方向中央に固定して、カバーに設けられる開口部の大きさを変化させた場合のカバー内中央音圧レベルの変化を示したものである。図のように開口部の大きさを、カバー端部の開口部の大きさと同程度とすることによって、音圧レベルを最も低下させることができる。開口無しに比べて３ｄＢ以上の音圧レベル低下効果を達成する場合には、３．３ｍｍ以上の開口を設ける必要があることがわかる。カバー端部に設けられる開口の１／３以上の大きさの開口を、カバーに形成することによって、上記効果の実現が可能となる。　
１０　荷電粒子線装置
１１　電子顕微鏡
１２　試料搬送装置
１３　防音カバー
２１　振動絶縁用隙間
３０　干渉波導入孔
４１　フレーム
４２　治具
４３　ヒンジ
５１　回廊
５２　吸音材

Claims (10)

  1. 　試料室と、当該試料室内の試料に荷電粒子線を照射する荷電粒子線カラムと、試料室に導入される試料を搬送する試料搬送装置を備えた荷電粒子線装置において、
    　前記試料搬送機構との間に第１の間隙をもって配置されると共に、前記荷電粒子線カラムと前記試料室を包囲するカバーを備え、当該カバーと前記試料搬送装置の配列方向である第１の方向が面方向である前記カバーの壁面に、開口が設けられると共に、当該開口は、前記カバーの前記第１の方向の中心位置から、当該壁面の第１の方向の長さの１／８以内の位置に設けられることを特徴とする荷電粒子線装置。
  2. 　請求項１において、
    　前記開口の前記第１の方向の寸法が、前記第１の間隙の１／３以上であることを特徴とする荷電粒子線装置。
  3. 　請求項１において、
    　前記第１の方向は、前記カバー内に配置される予備排気室と、前記試料室の配列方向に平行であることを特徴とする荷電粒子線装置。
  4. 　請求項１において、
    　前記開口には、前記第１の方向に対し、垂直な方向からの直線的な音の浸入を遮断する第１の壁面が設けられていることを特徴とする荷電粒子線装置。
  5. 　請求項４において、
    　前記第１の壁面とは異なる方向の面からなる第２の壁面を備え、当該第２の壁面は前記第１の壁面と接続されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
  6. 　請求項４において、
    　前記第１の壁面には、吸音材が設けられていることを特徴とする荷電粒子線装置。
  7. 　請求項６において、
    　前記第１の壁面に対抗する位置に第３の壁面を備え、当該第３の壁面には吸音材が設けられていることを特徴とする荷電粒子線装置。
  8. 　請求項６において、
    　前記第１の壁面に対抗する位置に第３の壁面を備え、前記第１の壁面と第３の壁面との間に、吸音材を配置したことを特徴とする荷電粒子線装置。
  9. 　請求項１において、
    　前記カバーには、前記カバーの壁面を開閉可能に支持するヒンジが設けられていることを特徴とする荷電粒子線装置。
  10. 　荷電粒子線装置を包囲する荷電粒子線装置用防音カバーにおいて、
    　当該防音カバーは、前記荷電粒子線装置を覆う直方体状であって、当該直方体の上面、側面、或いはその両方に開口が設けられると共に、当該開口は、前記カバーの前記第１の方向の中心位置から、当該壁面の第１の方向の長さの１／８以内の位置に設けられることを特徴とする荷電粒子線装置用防音カバー。
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