JP4521247B2

JP4521247B2 - 荷電粒子線装置用試料台

Info

Publication number: JP4521247B2
Application number: JP2004320021A
Authority: JP
Inventors: 晃成森川; 浩一黒澤; 隆一郎多持; 隆司保谷
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2004-11-04
Filing date: 2004-11-04
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2024-11-04
Also published as: JP2006134619A

Description

本発明は、走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）や集束イオンビーム（Focus Ion Beam：ＦＩＢ）加工観察装置などの荷電粒子線装置用の試料台に係り、特に試料交換棒を用いて試料台を試料室にセットする方式の荷電粒子線装置用の試料台に関する。

走査電子顕微鏡や集束イオンビーム加工観察装置等の荷電粒子線（電子ビーム，イオンビーム）を用いて試料の観察，加工を実施する荷電粒子線装置では種々の形式の試料台
(試料を保持するステージ)が用いられる。そのような試料台では試料の観察部位を変えるためＸ軸，Ｙ軸方向の２次元方向の移動に加え、角度を傾ける(θ方向)機構を備えるのが普通である。しかし、θ方向の移動機構はステージの機構によりその可動角度が制限される。そのため、ステージの傾斜角度以上で試料を観察または加工する必要があるときは、試料を装置内部から取り出し、試料台から一旦取り外した後、希望する傾斜面をもつ試料台に付け直し装置内部に再導入して観察を行うか、あるいは特開２００２−３１９３６２号公報に記載されるような特殊試料台を用い、ステージ機構の傾斜角度以上の高角度傾斜にて観察を行いたい場合は上記同様に試料を装置内部から取り出し試料ホルダーから試料台を取り外し９０°回転して取り付け直すなどの必要があった。集束イオンビーム加工観察装置にて試料の断面を作製したのち、走査電子顕微鏡にて断面を観察する場合も同様である。更に集束イオンビーム加工観察装置と、走査透過電子顕微鏡（Scanning
Transmission Electron Microscope：ＳＴＥＭ）または走査型電子顕微鏡が一体になったＦＩＢ−ＳＴＥＭ、ＦＩＢ−ＳＥＭでは加工面と観察面が異なるため前述同様試料または試料台を付け直す必要があった。

特開２００２−３１９３６２号公報

上記のような試料の付け直しは、一定の作業時間を必要とするため観察効率が低下するという問題があった。また、試料汚染，損傷を引き起こす可能性があった。顕微鏡観察用試料は非常に小さいことが多く、試料の紛失の可能性もあった。

本発明の目的は試料や試料台を付け外すことなく、装置内で試料を高角度に傾斜できる機構を備えた試料台を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の構成は以下の通りである。

試料を載置する可動部材と、該可動部材を予め定められた経路で移動させるレール部と、該レール部を保持するレール保持部と、該レール保持部を試料ステージに取り付ける取り付け部と、前記可動部材に設けられ、該可動部材を前記レールに沿って移動させるために外部から該可動部材を押し出す押出し部材を取り付ける受け穴と、を備え、前記レール部は前記レール保持部に設けられた溝であり、該溝に嵌合する突起部が前記可動部材に設けられており、前記可動部材は屈曲可能な接続部を介して２つ以上の構成部材から構成され、該構成部材は各々前記突起部を備え、かつ該構成部材に対応して少なくとも２つの異なる前記レール部を前記レール保持部が備えた荷電粒子線装置用試料台。

可動部材は試料が装着できるものであればどのような形状でも良いが、平板が最も簡単な構造であり、コストも小さい。電子顕微鏡の試料室に入る程度の大きさであるので、可動部材の大きさは２０mm角以下が目安となる。

レールが溝になっており、可動部にガイド球が取り付けられて該溝に嵌るような構造のものが単純かつ信頼性が高いが、それに限らず、所定のレール上で可動部材が移動するような構造のものであればどのようなものでも良い。押出し部材は、試料台を顕微鏡の試料室に移動させ、試料室内の試料ステージに固定できる、いわゆる試料交換棒が単純かつ低コストであるが、単純に可動部材を移動させるだけの機能を備えたものであっても構わない。

装置の傾斜角度限界を超える角度までの試料傾斜が可能となる。従い、装置外へ試料を取り出す必要がなく作業効率向上，試料の汚染，破壊の低減が可能となる。

以下、本発明の実施例を図面に基づき詳述する。

図１は、本発明の試料台および試料ホルダーが用いられる荷電粒子線装置の中で特に一般的な走査電子顕微鏡の構成を示した断面図である。

本装置は電子ビーム１を取り出すための電子銃２を有する電子銃室３と集束レンズ４，偏向コイル５，対物レンズ６を有し、試料ステージ１０，検出器１１ａおよび検出器11ｂと試料交換棒７を有する試料室１２および装置内を真空に保つための排気ポンプ１３と排気配管１４から構成されている。試料８（従来型試料台１８），試料ホルダー９は試料交換棒７（請求項の押出し部材に相当）を用いて試料室内に設置される。

電子銃２から取り出された電子ビーム１は、集束レンズ４と対物レンズ６によって細く集束され、偏向コイル５によって試料８上を走査する。走査された試料８から放出された二次荷電粒子を検出器１１ａで捕らえる又は、試料８を透過した透過電子を検出器１１ｂで捕らえることにより画像観察を行う。

図２（ａ）は、本発明の傾斜機能を有した試料台の詳細な構成を示す斜視図である。

試料台１８ａと試料交換棒受け１９からなる試料台部（請求項の可動部材に相当），試料台固定部１７（請求項のレール保持部の相当），ホルダー台座１５とホルダー固定部
１６からなる台座部（請求項の取り付け部に相当）から構成されるものとする。

試料を傾斜する方法は、試料台固定部１７に図２（ｂ）に示すようなガイド溝２０を設け、試料台１８および試料交換棒受け１９に備えられたガイド球２１（請求項の突起部に相当）がこのガイド溝２０に沿ってスライドし、試料台１８ａを傾斜させる機構とする。そのため、ＦＩＢおよびＳＥＭのステージ機構単体では実現できなかったステージ機構の限界角度以上の試料傾斜を達成する。

また、真空状態の装置内部で傾斜角度変更を可能にするため、試料交換棒７の操作で試料傾斜角度を変更する機構を試料台部に備える。試料台部は図３（ａ），図３（ｂ）に示すように試料台１８ａと試料交換棒受け１９と数個のガイド球２１と回転軸機構２２によって構成されるものとし、試料交換棒受け１９は試料交換棒受け穴２３ａを有する構造とする。試料台１８ａと試料交換棒受け１９の間には回転軸機構２２を取り付けることとし、試料交換棒７の操作で試料台１８ａの角度を変更できる機構とした。

試料交換棒７は試料台部を押出す際に上下に位置ずれしないことが望ましい。従って、図２（ｂ）に示すように下側のレールは押出し棒の押出し軌跡に平行（直線状）になっており、この軌跡で試料台部を押出すことにより、上側のレール部に嵌っているガイド球が設けられた試料台が屈曲しながら角度を変えていく。もちろん、試料交換棒が試料台部を押出す際に上下に位置ずれしても良い構造の試料台であれば、このような構造でなくとも良い。例えばレール溝が１本（１対）であっても良い。

加えて、この試料傾斜機構を備えた試料ホルダーでは、試料８を単独で傾斜させることができるため、ＦＩＢ又はＳＥＭのステージ機構２４と併用することで、図４に示すような試料の２軸傾斜を可能としている。

また、透過電子像観察用試料台１８ｂは透過電子像観察用試料固定台(メッシュ試料台)２７を固定するために、図５に示すようなメッシュ試料台固定用ネジ穴２８を有し、メッシュ試料台おさえ２５とメッシュ試料台おさえネジ２６を備えた物とする。加えて、台座部には図６（ａ），図６（ｂ）に示すように透過電子像観察を可能にするための透過電子通過孔２９を備え、高角度散乱透過電子像観察を可能にするための高角度散乱透過電子反射板３１を取り付けるための高角度散乱透過電子反射板取り付け用ネジ穴３０も備えることとした。

さらに、試料台部１８ｂは取り外し可能とし、従来の試料台を固定可能である機能を付与した試料台１８ｃと交換可能であることを特徴とする。図７に従来型試料台の固定を可能とするためのネジ３２を備えた試料台部１８ｃを示す。これにより従来型の試料台および試料前処理方法を適用することが実現できる。

台座部は図８のようにホルダー台座１５と試料交換棒差込口２３ｂまたは試料交換棒差込口２３ｃを有するホルダー固定部１６ａまたはホルダー固定部１６ｂから構成され、それぞれの装置に対応した試料交換棒受け穴２３ｂ，試料交換棒受け穴２３ｃを備えたホルダー固定部１６ａまたはホルダー固定部１６ｂのみ交換可能とすることで、ＦＩＢおよびＳＥＭに限らず装着方法の異なるいかなる装置間でも試料８や試料台１８ａおよび試料固定部１７の交換を不要とする機構を設けた。

走査電子顕微鏡の構成を示す断面図。本発明における試料ホルダーおよび試料台の斜視図。試料台と試料交換棒受けの間に設置した軸回転機構及び試料台部に試料交換棒を取り付け状況を示した図。本発明における試料ホルダーおよび試料台が２軸傾斜を可能とすることを示した斜視図。メッシュ試料台おさえを用いてメッシュ試料台を透過電子像観察用試料台に固定する方法を示した模式図。透過電子像観察を可能にする透過電子像観察用試料台を備え、透過電子通過孔と高角度散乱透過電子反射板固定用ネジ穴を示した試料ホルダーの概略図。従来型の試料台を取り付け可能とした試料台の斜視図。ホルダー固定部の交換で装着方法の異なる装置間でも互換性をもたせることができる事を示した斜視図。

符号の説明

１…電子ビーム、２…電子銃、３…電子銃室、４…集束レンズ、５…偏向コイル、６…対物レンズ、７…試料交換棒、８…試料、９…試料ホルダー、１０…試料ステージ、11ａ，１１ｂ…検出器、１２…試料室、１３…排気ポンプ、１４…排気配管、１５…ホルダー台座、１６…ホルダー固定部、１７…試料台固定部、１８…従来型試料台、１８ａ…試料台、１８ｂ…透過電子像観察用試料台、１８ｃ…従来試料台観察用試料台、１９…試料交換棒受け、２０…ガイド溝、２１…ガイド球、２２…回転軸機構、２３…試料交換棒受け穴、２４…荷電子粒子線装置のステージ機構、２５…メッシュ試料台おさえ、２６…メッシュ試料台おさえネジ、２７…透過電子像観察用試料固定台（メッシュ試料台）、２８…メッシュ試料台固定用ネジ穴、２９…透過電子通過孔、３０…高角度散乱透過電子反射板固定用ネジ穴、３１…高角度散乱透過電子反射板、３２…従来型試料台固定用ネジ。

Claims

試料を載置する可動部材と、
該可動部材を予め定められた経路で移動させるレール部と、
該レール部を保持するレール保持部と、
該レール保持部を試料ステージに取り付ける取り付け部と、
前記可動部材に設けられ、該可動部材を前記レールに沿って移動させるために外部から該可動部材を押し出す押出し部材を取り付ける受け穴と、
を備え、
前記レール部は前記レール保持部に設けられた溝であり、該溝に嵌合する突起部が前記可動部材に設けられており、
前記可動部材は屈曲可能な接続部を介して２つ以上の構成部材から構成され、該構成部材は各々前記突起部を備え、
かつ該構成部材に対応して少なくとも２つの異なる前記レール部を前記レール保持部が備えたことを特徴とする荷電粒子線装置用試料台。
請求項１記載の荷電粒子線装置用試料台において、
前記レール保持部は１対の対向する平行平板であることを特徴とする荷電粒子線装置用試料台。
請求項１記載の荷電粒子線装置用試料台において、
前記可動部材は透過型電子顕微鏡用試料固定台が保持可能なように該透過型電子顕微鏡用試料固定台の保持部材を備え、
前記取り付け部は前記試料を透過した電子線が透過可能な孔部を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置用試料台。
請求項３記載の荷電粒子線装置用試料台において、
高角度散乱透過電子反射板を前記取り付け部に備えたことを特徴とする荷電粒子線装置用試料台。