WO2017183167A1 - 高さ調整治具 - Google Patents

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美晴 瀬戸
賢治 青木
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株式会社 日立ハイテクノロジーズ
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    • G01B3/02Rulers with scales or marks for direct reading
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    • GPHYSICS
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    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/28Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes with scanning beams

Definitions

  • the present invention relates to a height adjusting jig.
  • Measured jigs include a ruler surface, a main scale that divides in a substantially parallel direction, and a secondary scale that divides the main scale in an oblique direction (see Patent Document 1).
  • Patent Document 1 The jig of Patent Document 1 is intended to easily and accurately measure the distance, but the height used when inserting a sample in a charged particle beam apparatus such as a scanning electron microscope (hereinafter SEM). Not suitable for adjustment jigs.
  • SEM scanning electron microscope
  • an object of the present invention is to provide a height adjusting jig suitable for a charged particle beam apparatus.
  • the height adjusting jig extends from the lower side in the gravitational direction to the upper side in the gravitational direction at an acute angle with the horizontal plane, and has a first side extending from the lower side in the gravitational direction toward the upper side in the gravitational direction.
  • One scale is written.
  • a height adjustment jig suitable for a charged particle beam apparatus can be provided.
  • SEM configuration diagram The enlarged view of a sample chamber.
  • the front view of a height adjustment jig. The surface view of a height adjustment jig.
  • the back view of a height adjustment jig The front view of a height gauge.
  • the side view at the time of the sample height confirmation in SEM. The figure which shows a subject.
  • the SEM scans the sample with an electron beam converged by an objective lens, detects a signal (electron, light, etc.) generated from the sample by the scan, and expands the sample based on the detected signal.
  • An apparatus for forming an image An apparatus for forming an image.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an SEM, which mainly includes an electron optical system 1, a sample chamber 2, an exhaust system 3, a display unit 4, and a control unit 5.
  • the sample chamber 2 includes a height gauge 6, a holder 7 on which a sample is placed, and a stage 8 on which the holder 7 is placed.
  • FIG. 2 is an enlarged view of the sample chamber in a state in which the sample chamber door 9 is opened, and shows a concept for checking the sample height with the height gauge 6.
  • FIG. 9 ((A) is a front view, (B) is a side view).
  • (A) since the sample stage is placed on the front surface of the height adjusting jig, the visibility of the scale is deteriorated.
  • (B) when the sample is smaller than the sample stage, a distance between the sample and the jig is generated depending on the size of the sample stage as shown by an arrow 90. It is likely to occur. Further, when the sample height is higher than the setting of the control software, it may collide with the objective lens or the detector, leading to breakage of the sample or the detector.
  • the height adjustment jig is shaped to spread radially from below, and the scales are written on both the left and right slopes so that the sample and scales can be brought close to each other without depending on the size of the sample. Therefore, it is possible to accurately measure the sample height without depending on the viewing angle.
  • FIG. 3 is a front view of the height adjustment jig.
  • the height adjustment jig 100 has a triangular shape, a portion corresponding to the apex of the triangle is assigned to the lower side in the gravity direction, and the first constant side 11 of the two sides sandwiching the portion is a surface perpendicular to the gravity direction. (Hereinafter, a horizontal plane) and an acute angle, a scale 10 is written on the first constant edge 11.
  • the second ruler side 14 extends in a line-symmetric direction with respect to the center line 101 of the height adjusting jig from the first constant ruler 11, and the second ruler side 14 A scale 15 is shown.
  • a horizontal scale 10 is written on the first constant edge 11, and a vertical scale 15 is written on the second ruler edge 14. If the straight line on the lower side and the upper straight line of the height adjusting jig 100 are regarded as parallel, it can be said that the jig has a trapezoidal shape.
  • the holder 7 includes a sample stage 17, a height adjusting screw 18, and an apparatus mounting portion 19.
  • the device mounting portion 19 is mounted on the stage 8, and the height adjusting screw 18 connects the device mounting portion 19 and the sample stage 17. The user adjusts the sample height using the height adjusting screw 18 while viewing the sample 16 placed on the height adjusting jig 100 and the sample table 17.
  • the height adjusting jig 100 and the holder 7 are installed on the same horizontal base.
  • a sample stage 17 is applied to the first constant edge 11 and the highest position of the sample is measured with a scale.
  • the height is measured with the first scale 10.
  • the sample 16-2 has a certain thickness and the contact area between the sample and the sample stage 17 is clearly smaller than the upper surface of the sample stage 17, the height is measured by the second scale 15.
  • the first scale 10 and the second scale 15 can be used properly depending on the shape of the sample. As a result, the visibility of the scale is improved and the measurement error can be reduced.
  • the height adjusting jig 100 can bring the sample and the scale close to each other without depending on the size of the sample stage 17, and can accurately adjust the sample height without depending on the viewing angle. Moreover, the visibility of a scale improves by positioning a sample stand beside a jig
  • a rhombus, a pentagon, etc. may be sufficient if it is the shape extended at a predetermined angle with a horizontal surface from the gravity direction lower side in order to make a sample approach a scale.
  • the predetermined angle with the horizontal plane is not particularly limited as long as it is greater than 0 ° and less than 90 °, but it is preferably about 45 ° ⁇ 5 ° in view of visibility.
  • the height adjusting jig does not have to be a flat surface, and may be, for example, a shape that bends with the center line 101 interposed therebetween (the effect is that it can be reduced during storage). Further, if both the horizontal scale and the vertical scale are on the ruler side, the left and right may be interchanged. Moreover, you may provide a horizontal scale on the surface of a height adjustment jig, and a horizontal scale on a back surface. In addition, the angle of the slope may be set based on the size and unevenness of the sample, and a dedicated height adjustment jig may be created for each type of sample. Further, a mechanism capable of changing the angle in the vicinity of the center line 101 may be provided, and the angle may be changed for each type of sample.
  • the material used for the height adjustment jig may be transparent, and the sample may be placed on the back of the jig to read the scale.
  • the material used for the height adjustment jig may be transparent, and the sample may be placed on the back of the jig to read the scale.
  • FIG. 4 shows the surface of the trapezoidal height adjustment jig
  • FIG. 5 shows the back surface of the height adjustment jig.
  • the height adjusting jig 200 has a protrusion 20 for attaching the jig to the height gauge 6 on a side perpendicular to the ground.
  • the first constant scale 11 is marked with a horizontal first scale 10.
  • a vertical second scale 15 is written on the second ruler side 14, and the scale can be properly used depending on the shape of the sample.
  • the height gauge 6 has a hole 21 into which the protrusion 20 can be inserted.
  • the protrusion 20 is inserted into the hole 21 of the height gauge 6 and attached so that the height adjusting jig 200 is perpendicular to the height gauge 6.
  • the height can be measured by the height adjusting jig 200 with the holder 7 inserted into the SEM.
  • the height adjusting jig of this embodiment by using the height adjusting jig of this embodiment and positioning the holder 7 beside the jig when adjusting / checking the sample height, the visibility of the scale is improved, and the sample, objective lens, and detector are improved. Etc. can be reduced, which can help the analyst with high resolution analysis.
  • the SEM has been described as an example, but charged particle beam devices such as a transmission electron microscope (TEM), a scanning transmission electron microscope (STEM), a focused ion beam device (FIB), and an ion milling device (IM) are generally used. Needless to say, this is applicable.
  • TEM transmission electron microscope
  • STEM scanning transmission electron microscope
  • FIB focused ion beam device
  • IM ion milling device
  • the charged particle beam is an ion beam.

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Abstract

走査電子顕微鏡に試料を挿入する際、試料と対物レンズ/検出器が接触しないように高さ調整治具を用いて試料高さの調整/確認作業を行い制御ソフトの設定と一致させる。課題として想定される治具は試料台の大きさにより試料と治具間に距離が発生するため、視線の角度により測定誤差が生じ易く、試料高さが制御ソフトの設定より高い場合、試料または検出器の破損に繋がる可能性がある。また、高さ調整治具の前面に試料台を置くことで目盛の視認性が悪くなる。 本発明は高さ調整治具を重力方向上面に広がる形状にし、その斜面に目盛をふることで、試料台の大きさに依存せず試料と目盛を接近させることができ、視野角度に依存することなく正確な試料高さの測定が可能となる。また、試料高さ調整/確認時に治具の横に試料台を位置させることで目盛の視認性が向上する。

Description

高さ調整治具
本発明は高さ調整治具に関する。
 計測のための治具として、定規面と、略平行方向に区分する主目盛と、主目盛を斜め方向に分割する副目盛とを備えるものがある(特許文献1参照)。
特開2009-244248号公報
 特許文献1の治具は、簡易かつ精度高く距離を計測することを目的とするものであるが、走査電子顕微鏡(以下、SEM)等の荷電粒子線装置において試料を挿入する際に用いる高さ調整治具には適していない。
 そこで、本発明の目的は、荷電粒子線装置に適した高さ調整治具を提供することにある。
 本発明の一実施形態の高さ調整治具は、重力方向下側から、水平面と鋭角をなして重力方向上側に延び、該重力方向下側から重力方向上側に向かう第一の辺には第一の目盛が表記されている。
 本発明によれば、荷電粒子線装置に適した高さ調整治具を提供することができる。
SEMの構成図。 試料室の拡大図。 高さ調整治具の正面図。 高さ調整治具の表面図。 高さ調整治具の裏面図。 高さゲージの正面図。 SEMにおける試料高さ確認時の斜視図。 SEMにおける試料高さ確認時の側面図。 課題を示す図。
 SEMは、対物レンズ等で収束させた電子線で試料上を走査し、該走査により試料から発生する信号(電子、光等)を検出器で検出し、該検出した信号に基づいて試料の拡大像を形成する装置である。以下、SEMを例として、実施例を説明する。
 図1はSEMの構成図であり、主に電子光学系1、試料室2、排気系3、表示部4、及び、制御部5から構成されている。試料室2は、高さゲージ6、試料を載置するホルダ7、及び、ホルダ7を載置するステージ8を備える。
 ここで、以下のように、試料高さの測定及び確認を行う。まず、ユーザがホルダ7に試料を載置し、高さ調整治具を用いて試料高さを確認する。次に、ホルダ7をSEMに挿入し、ホルダ7に載置される試料高さを高さゲージ6で確認する。図2は試料室扉9が開かれた状態における試料室の拡大図であり、試料高さを高さゲージ6で確認する際の概念を示している。
 試料高さを二重に測定する目的は二点ある。(1)試料と、対物レンズ又は検出器が接触しないよう制御ソフトの設定と一致させる、(2)試料高さの測定誤差を最小限にする(対物レンズと試料の距離(Working Distance=WD)を近づけるほど分解能が向上する)。
 ここで、課題として考えられるSEM用の高さ調整治具を図9に示す((A)は正面図、(B)は側面図)。(A)に示すように、高さ調整治具の前面に試料台を置くため、目盛の視認性が悪くなる。また、(B)に示すように、試料台より試料が小さい場合、矢印90に示すように、試料台の大きさにより試料と治具間に距離が発生するため、視線の角度により測定誤差が生じ易い。また、試料高さが制御ソフトの設定より高い場合、対物レンズや検出器と衝突させ、試料又は検出器の破損に繋がる可能性がある。
 そこで、以下に示すように、高さ調整治具を下方より放射状に広がる形状にし、その左右両斜面に目盛を表記することで、試料の大きさに依存せずに試料と目盛を接近させることができ、視野角度に依存することなく正確な試料高さの測定が可能となる。
 図3は、高さ調整治具の正面図である。高さ調整治具100は、三角形状をなし、三角形の頂点に対応する部位が重力方向下側に配属され、該部位を挟む2辺のうち第一定規辺11は、重力方向に垂直な面(以下、水平面)と鋭角をなし、第一定規辺11には目盛10が表記されている。また、該部位を挟む2辺のうち第二定規辺14は、第一定規辺11とは高さ調整治具の中心線101を中心として線対称な方向に延び、第二定規辺14には目盛15が表記されている。そして、第一定規辺11には横向きの目盛10が、第二定規辺14には縦向きの目盛15が表記されている。尚、高さ調整治具100の重力方向下側の直線と上側の直線を平行とみなせば、該治具は台形をなしているともいえる。
 ホルダ7は、試料台17、高さ調整ネジ18、及び装置取付け部19からなる。装置取付け部19はステージ8の上に取り付けられ、高さ調整ネジ18は装置取付け部19と試料台17を接続している。ユーザは、高さ調整治具100と試料台17の上に載置された試料16を目視しながら高さ調整ネジ18を用いて試料高さを調整する。
 高さ調整治具100及びホルダ7は、同じ水平の台に設置されている。第一定規辺11に試料台17を当て、試料の最も高い位置を目盛によって測定する。例えば、試料16-1の形状が平らで厚みが薄く、該試料と試料台17の接触面積が試料台17の上面と略同じである場合、第一の目盛10で高さ測定を行う。一方、試料16-2にある程度の厚みがあり、該試料と試料台17の接触面積が試料台17の上面よりも明らかに小さい場合、第二の目盛15によって高さ測定を行う。このように、試料の形状によって第一の目盛10と第二の目盛15を使い分けることができる。ひいては、目盛の視認性が向上し、測定誤差を低減することができる。
 以上より、高さ調整治具100は試料台17の大きさに依存せず試料と目盛を接近させる事ができ、視野角度に依存することなく正確な試料高さの調整が可能となる。また、試料の高さ調整/確認時に治具の横に試料台を位置させることで目盛の視認性が向上する。
 尚、試料を目盛に接近させるために重力方向下側から水平面と所定角度をなして延びる形状であれば、ひし形や五角形等でもよい。また、水平面との所定角度は、0°より大きく90°未満であれば特に限定するものではないが、視認性を考慮すると、45°±5°程度が望ましい。また、上記では中心線101を挟んで線対称であると説明したが、完全に線対称の必要はなく、左右の大きさや水平面からの角度が若干異なっていてもよい。また、高さ調整治具は平面でなくてもよく、例えば、中心線101を挟んで折り曲がる形状であってもよい(収納の際に小さくできるという効果がある)。また、横向きの目盛及び縦向きの目盛の双方が定規辺にあれば、左右入れ替えてもよい。また、高さ調整治具の表面に横向き、裏面に横向きの目盛をふってもよい。また、斜面の角度は試料の大きさや凹凸に基づいて設定し、試料の種類毎に専用の高さ調整治具を作成してもよい。また、中心線101の近傍に角度を可変させられる機構を設け、試料の種類毎に該角度を変えるようにしてもよい。更に、高さ調整治具に用いる材料の材質を透明にし、試料を治具の裏に設置し目盛を読んでもよい。
(第2実施例)
 第1実施例のように両翼に目盛を表記する形態のみならず、第一定規辺だけの実施例もあり得る。図4は台形形状の高さ調整治具の表面を示し、図5は該高さ調整治具の裏面を示す。
 高さ調整治具200は、地面と垂直な辺に、該治具を高さゲージ6に取り付けるための突起物20を有する。第一定規辺11には横向きの第一の目盛10が表記されている。また高さ調整治具200の裏面には、図5に示すように第二定規辺14に縦向きの第二の目盛15が記載されており、試料の形状によって目盛を使い分けることができる。図6に示すように高さゲージ6には、突起物20を挿入できる穴21が開いている。図7に示すように突起物20を高さゲージ6の穴21に挿入し、高さ調整治具200が高さゲージ6と垂直になるよう取り付ける。これによりホルダ7をSEMに挿入した状態で高さ調整治具200によって高さ測定を行うことができる。
 以上、本実施例の高さ調整治具を用い、試料高さ調整/確認時に治具の横にホルダ7を位置させることで目盛の視認性が向上し、試料や対物レンズ、及び、検出器等を破損させる可能性を低下させ、分析者の高分解能分析の一助となることができる。
 尚、本実施例ではSEMを例として説明したが、透過電子顕微鏡(TEM)、走査透過電子顕微鏡(STEM)、集束イオンビーム装置(FIB)、イオンミリング装置(IM)などの荷電粒子線装置一般に対して適用できることは言うまでもない。FIBやIMの場合は、荷電粒子線はイオンビームとなる。
1:電子光学系、2:試料室、3:排気系、4:表示部、5:制御部、6:高さゲージ、7:ホルダ、8:ステージ、9:試料室扉、10:第1の目盛、11:第1定規辺、12:ネジ、13:台座、14:第2定規辺、15:第2の目盛、16-1,16-2:試料、17:試料台、18:高さ調整ネジ、19:装置取付け部、20:突起物、21:穴

Claims (3)

  1.  重力方向下側から、水平面と鋭角をなして重力方向上側に延び、該重力方向下側から重力方向上側に向かう第一の辺には第一の目盛が表記されている、高さ調整治具。
  2.  前記高さ調整治具は三角形状をなし、
     三角形の頂点に対応する部位が重力方向下側に配置される、請求項1記載の高さ調整治具。
  3.  前記高さ調整治具は、前記第1の辺と前記部位を挟んだ位置に配置される第2の辺を更に備え、
     前記第2の辺は、前記部位を挟んで、前記第1の辺とは対称な方向に広がるように形成され、
     前記第1の辺には縦向きに、前記第2の辺には横向きに、前記目盛が表記されている、請求項2記載の高さ調整治具。
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