JP2015170519A - 試料微動機構及びその使用法、並びに荷電粒子線装置 - Google Patents
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Abstract
Description
<実施例1>
図1から図11を使って、本発明の構成と機能と効果を説明する。
<ひずみ量測定手段>
図3は、試料200をy方向に位置決めするときに、摺動筒205の球形支点213付近に発生する変形を検出する方法を示したものである。本発明では、試料ドリフト発生の原因である試料微動機構の変形の検出に、試料微動機構を構成する部材に発生するひずみを検出することを特徴としている。試料ホルダ203は、先端に搭載した試料200を、例えば、y方向に位置決めするときには、摺動筒205先端付近にある球形支点213と球面座215からなる摺動部を支点として、てこ運動する。このとき、摺動部の摩擦と球形支点213が球面座215に掛ける重力、および、摺動部の摩擦と球形支点213が筐体123内部の真空にひかれる力によって摺動筒205の動きを妨げる摩擦力が発生し、これを曲げるモーメントとなり摺動筒205は変形する。
<ホイートストンブリッジ回路>
図5は、抵抗計307に替えて、ひずみ検出手段305の金属抵抗ひずみセンサの抵抗値と同じ値の抵抗309を3つとを組み合わせてホイートストンブリッジ回路311を構成し摺動筒205の変形によるひずみの検出と、検出値の表示方法を示したものである。ひずみ検出手段305は、ホイートストンブリッジ回路311に接続し、また、直流電源313をホイートストンブリッジ回路311に接続する。
<半導体抵抗ひずみセンサ>
図8は、ひずみを検出するための半導体抵抗ひずみセンサの例を示す。前出ひずみ検出手段303、または、305、または、351を半導体抵抗ひずみセンサに置き換える。1つの単結晶シリコン基板上に、ひずみを検出する抵抗ひずみセンサを2つと、これと同じ抵抗値となる抵抗を2つ用いて、ホイートストンブリッジ回路を形成し半導体抵抗ひずみセンサにしたものである。
ΔR/R=(1+2σ)ΔL/L・・・(1)
(ここで、R:抵抗値、ΔR:抵抗値変化、L:ひずみ検出手段の長さ、ΔL:ひずみ検出手段の長さの変化、σ:材料のポアソン比)
金属材料の場合、σはおよそ0.3であるので、抵抗の変化率は伸縮の変化率の1.6倍となる。
(ここで、π:材料のピエゾ抵抗係数、E:材料の弾性係数)
半導体材料がシリコン半導体で、この結晶方位(100)面にp型不純物を拡散させて伝導体を形成すると、ピエゾ抵抗係数は72×10-11Pa-1であり、シリコンの弾性係数が185×109Paなので、抵抗の変化率は伸縮の変化率の133倍になる。
抵抗をシリコン基板中にp型の不純物層を拡散させた領域でV字形状とし、V字を形成する直線部分の長手方向が<100>方向となるように形成することによって、試料微動機構にかかる気圧変化によるひずみ検出誤差は発生せず、試料微動機構の変形と方向が直交する変形による検出誤差を抑えることができるという効果があり、
抵抗ひずみ検出手段と抵抗を同じp型の不純物層で構成することにより、抵抗値と抵抗値の温度依存性をほぼ同一にできるので、試料微動機構の温度が変化によるひずみ検出誤差は発生しないという効果がある。
そこで、信号表示機317が示す偏差をゼロにするよう、微動ねじ209または217(図4参照)を操作する。これにより、試料微動機構201の変形は小さくなり、外部からの振動等による試料ドリフトの発生を抑えることができる。
単結晶シリコン基板401上にひずみを検出する抵抗ひずみセンサ429、431を2つと、これと同じ抵抗値となる2つの抵抗433、435とでホイートストンブリッジ回路を形成した。
<試料ドリフト調整手順>
図11は、図1から10で説明した試料ドリフトを抑えるために試料微動機構201のひずみを検出して、この値に応じて試料微動機構201を微動調整して試料微動機構201の変形を小さくする方法の手順を説明するフローチャートである。
(1)試料に電子ビームを照射する位置を選択するために、「試料微動機構を動作」させる(ステップ1101)。
(2)位置選択終了後、「試料微動機構を停止」させる(ステップ1102)。
(3)続いて、電子ビームが試料や筐体の一部に当たって発生する放射線が、ひずみ検出手段にノイズを発生させるのを避けるために、電子ビームを途中で遮るようにアパーチャ105を閉じて「電子ビーム遮蔽」する(ステップ1103)。
(4)続いて、試料微動機構201の回転筒221を回転ハンドル223を操作して回し(「回転筒221微小回転移動」)、摺動筒205の変形が最小となるひずみが最小となる回転位置にする(ステップ1104)。これにより、回転筒221を回すことによって発生する構成する摺動筒205のねじれひずみをなくし、摺動筒205の変形によるひずみ検出誤差を小さくする。
(5)摺動筒205の変形ひずみが最小か判定する(ステップ1105)。yesの場合は、ステップ1106へ進み、Noの場合は、ステップ1104へ戻る。
(6)続いて、試料微動機構201の摺動筒205をyまたはz方向に微小移動し、摺動筒205の変形が最小となるひずみが最小となる位置にする(ステップ1106)。
(7)摺動筒205の変形ひずみが最小か判定する(ステップ1107)。yesの場合は、ステップ1109へ進み、Noの場合は、ステップ1106へ戻る。
(8)続いて、試料微動機構201の試料ホルダ203をx方向に微小移動し、試料ホルダ203の変形が最小となるひずみが最小となる位置にする(ステップ1108)。
(9)摺動筒205の変形ひずみが最小か判定する(ステップ1109)。yesの場合は、ステップ1110へ進み、Noの場合は、ステップ1108へ戻る。
(10)最後に、アパーチャ105を開いて「電子ビーム遮蔽解除」する(ステップ1110)。
<実施例2>
図12から図15を使って、本発明の別の構成と機能と効果を説明する。
本実施例では、自動操作により試料ドリフトを抑制する例を示す。実施例1では、試料ドリフトの調整に微動ねじを用いたが、本実施例では微動ねじの代わりに微動モータを用いている。その微動モータは、制御部(図示せず)からの信号によりその動作が制御される。
103…位置合わせコイル、
105…アパーチャ、
107…収束レンズ、
109…対物レンズ、
111…投影レンズ、
113…蛍光スクリーン、
115…覗き窓、
117…CCDカメラ、
119…真空ポンプ、
121…真空管、
123…筐体、
125…ヒンジ、
200…試料、
201…試料微動機構、
203…試料ホルダ、
205…摺動筒、
207…Oリング、
209…微動ねじ、
211…ばね、
213…球形支点、
215…球面座、
217…微動ねじ、
219…ばね、
221…回転筒、
223…回転ハンドル、
225…ベアリング、
301…ひずみ最大箇所、
303,305…ひずみ検出手段、
307…抵抗計、
309…抵抗、
311…ホイートストンブリッジ回路、
313…直流電源、
315…信号増幅アンプ、
317…信号表示機、
351…ひずみ検出手段、
353,355,357…Oリング、
401…単結晶シリコン基板、
403,405…抵抗ひずみセンサ、
407,409…抵抗、
411…ホイートストンブリッジ回路、
413,415,417,419…端子、
421,423…抵抗ひずみセンサ、
425,427…抵抗、
429,431…抵抗ひずみセンサ、
433,435…抵抗、
500…試料微動機構、
501,503,505,507…微動モータ、
509…ギア。
Claims (15)
- 荷電粒子線を発生する荷電粒子線源と、
前記荷電粒子線の進路を制御する荷電粒子光学系と、
前記荷電粒子線が照射される試料を支持する試料ホルダを内包し、該試料ホルダに微動を与え、前記試料の位置決めをする試料微動機構と、
前記試料を透過した荷電粒子線を検出する検出部と、を有し、
前記試料微動機構は、該試料微動機構を構成する部材のひずみを測定するひずみ測定部を備え、
前記試料の位置決め後に、前記ひずみ測定部により測定されたひずみ量に基づいて、該ひずみ量を相殺するように前記試料ホルダを微動することを特徴とする荷電粒子線装置。 - 前記試料微動機構は、前記試料ホルダを内包する摺動筒と、
前記試料ホルダの先端に微動を与える微動付与部と、有し、
前記試料ホルダは、前記微動付与部により前記試料ホルダの一端に微動が付与されることで、前記ホルダの先端が微動する際のてこ運動の支点を備え、
前記ひずみ測定部は、前記摺動筒と前記支点とが接する摺動部近傍の前記試料ホルダ側面に設置されることを特徴とする請求項1に記載の荷電粒子線装置。 - 前記試料微動機構は、前記ひずみ測定部と、既知の抵抗値を有する抵抗体とを構成要素とするホイートストンブリッジ回路を備え、
該ホイートストンブリッジ回路の出力を基にして、前記ひずみ量を相殺することを特徴とする請求項1に記載の荷電粒子線装置。 - 前記ひずみ測定部は、半導体基板上に形成された一対の抵抗体と一対の抵抗ひずみセンサで構成されるホイートストンブリッジ回路を有することを特徴とする請求項1に記載の荷電粒子線装置。
- 前記一対の抵抗ひずみセンサと前記一対の抵抗体は、(001)結晶面を有する半導体基板上に形成され、
前記一対の抵抗ひずみセンサのそれぞれは、長手方向が<110>結晶軸方向となる矩形パターンが対峙して形成され、該矩形パターンのそれぞれに不純物が拡散され、
前記一対の抵抗体のそれぞれは、別の矩形パターンが並列して形成され、該別の矩形パターンのそれぞれに不純物が拡散され、
前記一対の抵抗体のそれぞれは、前記一対の抵抗ひずみセンサのそれぞれに挟まれるように並置されることを特徴とする請求項4に記載の荷電粒子線装置。 - 前記一対の抵抗ひずみセンサと前記一対の抵抗体は、(001)結晶面を有する半導体基板上に形成され、
前記一対の抵抗体のそれぞれは、長手方向が<110>結晶軸方向となる矩形パターンが対峙して形成され、該矩形パターンのそれぞれに不純物が拡散されて拡散層が形成され、
前記一対の抵抗ひずみセンサのそれぞれは、不純物が拡散されてなる別の矩形パターンが並列して形成され、前記一対の抵抗体のそれぞれに挟まれるように並置されることを特徴とする請求項4に記載の荷電粒子線装置。 - 前記ひずみ測定部を複数備え、
前記ひずみ測定部のそれぞれで測定して得られたひずみ量の二乗平均、または該ひずみ量の絶対値に対応して前記試料ホルダを微動することを特徴とする請求項1に記載の荷電粒子線装置。 - 荷電粒子線装置により観察される試料を支持する試料ホルダと、
前記試料ホルダを収納する摺動筒と、
前記試料が支持される試料ホルダの先端部に微動を与える微動機構と、
前記摺動筒と前記微動機構との間で生じるひずみを測定するひずみ測定部を有することを特徴とする試料微動機構。 - 前記微動機構は、
前記試料ホルダの先端部に回転を与える回転機構と、
前記先端部を前記摺動筒側面に沿った方向に微動を与える水平微動機構と、
前記先端部が前記試料ホルダの中心軸に対して上下左右に首振運動する首振微動機構と、を有することを特徴とする請求項8に記載の試料微動機構。 - 前記ひずみ測定部は、構成要素の一つを該ひずみ測定部が有する抵抗体とし、3つの抵抗体を他の構成要素とするホイートストンブリッジ回路を備え、
該ホイートストンブリッジ回路の出力を基にして、前記ひずみ量を相殺することを特徴とする請求項8に記載の試料微動機構。 - 前記ひずみ測定部は、該半導体基板上に形成された2つの抵抗体と2つの抵抗ひずみセンサで構成されるホイートストンブリッジ回路を有することを特徴とする請求項8に記載の試料微動機構。
- 前記2つの抵抗ひずみセンサと2つの抵抗体は、(001)結晶面を有する半導体基板上に該2つの抵抗ひずみセンサが該2つの抵抗体を挟むように形成され、
前記2つの抵抗ひずみセンサのそれぞれは、長手方向が<110>方向となる平行四辺形パターンが対峙して形成され、該パターンにp型不純物が拡散され、
前記2つの抵抗体のそれぞれは、V字形状パターンをなし、該V字形状パターンを形成する直線部分の長手方向が<100>、もしくはそのファミリー方向となるように形成され、該パターンにp型不純物が拡散されている
ことを特徴とする請求項11に記載の試料微動機構。 - 前記2つの抵抗ひずみセンサと2つの抵抗体は、(001)結晶面を有する半導体基板上に該2つの抵抗体が該2つの抵抗ひずみセンサを挟むように形成され、
前記2つの抵抗ひずみセンサのそれぞれは、長手方向が<100>方向となる平行四辺形パターンが平行して形成され、該パターンにn型不純物が拡散され、
前記2つの抵抗体のそれぞれは、長手方向が<110>方向となる平行四辺形パターンが対峙して形成され、該パターンにn型不純物が拡散されている
ことを特徴とする請求項11に記載の試料微動機構。 - 前記2つの抵抗ひずみセンサと2つの抵抗体は、(001)結晶面を有する半導体基板上に該2つの抵抗ひずみセンサと該2つの抵抗体とが互いに並列するように形成され、
前記2つの抵抗ひずみセンサのそれぞれは、長手方向が<110>方向となる平行四辺形パターンが並列して形成され、該パターンにp型不純物が拡散され、
前記2つの抵抗体のそれぞれは、長手方向が<110>方向となる平行四辺形パターンが対峙して形成され、該パターンにn型不純物が拡散されている
ことを特徴とする請求項11に記載の試料微動機構。 - 荷電粒子線装置により観察される試料を支持する試料ホルダと、
前記試料ホルダを収納する摺動筒と、
前記試料が支持される試料ホルダの先端部に微動を与える微動機構と、
前記摺動筒と前記微動機構との間で生じるひずみを測定するひずみ測定部とを有し、
前記微動機構が、
前記試料ホルダの先端部に回転を与える回転機構と、
前記先端部を前記摺動筒側面に沿った方向に微動を与える水平微動機構と、
前記先端部が前記試料ホルダの中心軸に対して上下左右に首振運動する首振微動機構と、を備えた試料微動機構を用いて、
(1)試料微動機構を動作させ、前記試料ホルダの位置選択を行い、
(2)前記位置選択の終了後に、前記試料微動機構を動作を停止させ、
(3)前記荷電粒子線装置から発生する荷電粒子線を遮断し、
(4)前記回転機構を用いて、前記摺動筒の変形で生じるひずみを最小にし、
(5)前記首振微動機構を用いて、上下または左右方向に微動することで、前記試料ホルダの変形で生じるひずみを最小にし、
(6)前記水平微動機構を用いて、水平方向に微動することで、前記試料ホルダの変形で生じるひずみを最小にし、
(7)前記摺動筒の変形で生じるひずみが最小とし、
(8)前記荷電粒子線の遮断を解除するようにしたことを特徴とする
試料微動機構の使用法。
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