(57)【要約】本発明は、電子顕微鏡（３）でサンプル（１）を検査している場合に、望ましくないひずみの影響を低減するためのデバイスに関する。上記サンプル（１）は、精密位置決めデバイス（２）上に装着されるように配置されていて、上記精密位置決めデバイス（２）が、望ましくないひずみによる測定誤差を補償するように、上記精密位置決めデバイス（４）を制御するために配置されている制御デバイス（４）に接続していることを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子顕微鏡（３）でサンプル（１）を検査している場合に、望ましくないひずみの影響を低減するためのデバイスであって、前記サンプル（１）が、精密位置決めデバイス（２）上に装着されるように配置されていて、前記精密位置決めデバイス（２）が、望ましくないひずみによる測定誤差を補償するように、前記精密位置決めデバイス（４）を制御するために配置されている制御デバイス（４）に接続していることを特徴とするデバイス。
【請求項２】
前記デバイスが、さらに、前記サンプル（１）に影響を与える前記望ましくないひずみを測定するための測定デバイス（６）と、前記測定デバイス（６）からの情報を、その情報に従って前記測定デバイスを制御するために前記制御手段（４）にフィードバックするためのフィードバック手段とを備える請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記制御デバイス（４）が、前記望ましくないひずみによるサンプルの動きを補償するために、前記精密位置決めデバイス（３）の動きを制御し、それにより前記サンプル（１）の位置を制御するように配置されている請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記測定デバイス（６）が、前記サンプルの近く、または別の方法としては、前記電子顕微鏡（３）自身上に設置されている加速計のような振動を測定するためのデバイスを備える請求項１〜３の何れか１項に記載のデバイス。
【請求項５】
前記測定デバイス（６）が、前記顕微鏡（＃）の画像形成システムからの画像を分析するように配置されている画像分析システム（５）を備え、それにより前記サンプル（１）に対する望ましくないひずみの影響を測定する請求項１〜３の何れか１項に記載のデバイス。
【請求項６】
前記精密位置決めデバイス（２）が、固定周波数を有する励起信号により制御されるように配置されている請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記サンプルが、前記顕微鏡により画像形成されるように配置され、前記デバイスが、さらに、複数の励起信号サイクル中の前記顕微鏡からの画像信号を分析するための画像信号分析システム（５）を備えている請求項６に記載のデバイス。
【請求項８】
前記望ましくないひずみが、機械的振動または変動、温度の変動または音響ひずみの中の１つである前記請求項の何れか１項に記載のデバイス。
【請求項９】
前記電子顕微鏡（３）が、さらに、ＳＴＭまたはＡＦＭのような走査探査デバイスを備え、前記精密位置決めデバイスが前記走査探査デバイスに内蔵されている前記請求項の何れか１項に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記精密位置決めデバイス（２）が、圧電素子、慣性制御デバイス、または前記サンプル（１）を精密位置決めするためのマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）構造の中の１つを備える前記請求項の何れか１項に記載のデバイス。
【請求項１１】
顕微鏡の望ましくないひずみの影響を低減するための方法であって、
精密位置決め手段上に検査対象のサンプルを配置するステップと、
前記望ましくないひずみによる前記サンプルの動きを測定するステップと、
ひずみによる前記サンプルの動きを補償するために、前記サンプルの動きの測定値に基づいて前記精密位置決め手段を制御するステップとを含む方法。
【請求項１２】
顕微鏡の望ましくないひずみの影響を低減するための方法であって、
精密位置決め手段上に検査対象のサンプルを配置するステップと、
ロックされた周波数を有する励起信号を前記精密位置決め手段に供給するステップと、
前記顕微鏡により前記サンプルの画像を形成するステップと、
複数の励起信号中に前記顕微鏡からの画像を分析するステップとを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子顕微鏡でサンプルを検査している場合に、望ましくないひずみの影響を低減するためのデバイスおよび方法に関する。上記サンプルは、精密位置決めデバイス上に装着するように配置される。
【背景技術】
【０００２】
ナノテクノロジーの分野が発達するにつれて、改良形の測定機能に対するニーズが高まり、過去数年間に、多かれ少なかれ原子レベルの解像度を有する顕微鏡検査デバイスが開発され、このような顕微鏡に対するニーズがますます増大している。そのため、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）および透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）のような電子顕微鏡検査デバイスが開発され、これら電子顕微鏡が上記ニーズの一部を満たしている。さらに、走査トンネル効果顕微鏡検査、および原子力顕微鏡検査のような異なる走査探査技術も上記ニーズのいくつかを満たしている。
【０００３】
基本的には、電子顕微鏡においては、画像を形成するために、従来の多くのデバイスで使用していた光の粒子の代わりに電子を使用する。電子の波長は光の波長より短いので、電子顕微鏡は、光の透過をベースとする顕微鏡より遥かに小さな粒子を解像することができる。しかし、電子顕微鏡の場合には、倍率が大きく解像度が高いので、電子顕微鏡は振動、変動（熱の変動など）、および他のひずみの影響も受けやすい。そのため、電子顕微鏡は、非常に安定な状態に組み立てられ、通常、特別の防振室内に設置される。都合の悪いことに、そのため電子顕微鏡の設置コストは非常に高くなり、このような顕微鏡の設置場所は厳格な要求に適合しなければならない。また、そのため顕微鏡が行うことができる実験の種類が制限され、顕微鏡で使用することができるサンプルの種類も制限される。
【発明の開示】
【０００４】
それ故、本発明の１つの目的は、望ましくないひずみの影響を低減するために、電子顕微鏡と一緒に使用するためのデバイスを提供することであり、上記従来技術の欠点のうちの少なくともいくつかを克服することである。
【０００５】
本発明の上記および他の目的は、望ましくないひずみによる測定誤差を補償するために、上記精密位置決めデバイスが、上記精密位置決めデバイスを制御するように配置されている制御デバイスに接続していることを特徴とするデバイスにより達成される。このデバイスは単に例示としてのものに過ぎない。精密位置決めデバイスと接続して制御デバイスを配置することにより、例えば、振動または変動の影響を効果的に低減するために、精密位置決めデバイスを使用することができ、それにより、もっと大きなひずみにも耐えることができる。何故なら、精密位置決めデバイスは効果的に補償を行うことができるからである。これにより、顕微鏡検査の安定性および／または設置位置に対する要件が緩和され、顕微鏡検査デバイスの使用領域が増大する。
【０００６】
本発明の好ましい実施の形態によれば、本発明のデバイスは、さらに、上記サンプルに影響を与える上記望ましくないひずみを測定するための測定デバイス、および上記測定デバイスからの情報を、その情報に従って上記測定デバイスを制御するために、上記制御手段にフィードバックするためのフィードバック手段を備える。できれば、上記制御デバイスは、上記望ましくないひずみによるサンプルの動きを補償するために、上記精密位置決めデバイスの動きを制御するように、またそれによりサンプルの位置を制御するように配置することが望ましい。従って、このような顕微鏡が振動しても移動しても、サンプルを一定の位置に本質的に維持することができる。好適には、上記測定デバイスは、上記サンプルの近く、または別の方法としては、電子顕微鏡自身上に設置されている加速計のような振動を測定するためのデバイスを備えていることが好ましい。
できれば、上記測定デバイスは、上記顕微鏡の画像形成システムからの画像を分析するように配置されている画像分析システムを備え、それにより上記サンプルに対する上記望ましくないひずみの影響を測定することが望ましい。顕微鏡の画像または画像の一部を使用することにより、サンプルに実際に影響を与えるこのような動きだけが考慮の対象になり、その結果正確な補償を行うことができる。さらに、この方法は、さらなる変更を全然行わないで、顕微鏡ですでに使用することができる情報を使用する。
【０００７】
本発明の他の実施の形態によれば、上記精密位置決めデバイスは、固定周波数を有する励起信号により制御されるように配置される。このようにサンプルを励起することにより、また複数の周波数のサイクル中のサンプルの動きを分析することにより、信号が相互に重畳し、一方すべてのひずみが緩和される。この構造は、本質的にいわゆるロックイン技術をベースとしている。好適には、上記サンプルは、上記顕微鏡に画像形成されるように配置するのが好ましく、上記デバイスは、さらに複数の励起信号サイクル中の上記顕微鏡からの画像信号を分析するための画像信号分析システムを備えることが好ましい。上記と同じ方法で、この方法は、さらなる変更を全然行わないで、顕微鏡ですでに使用することができる情報を使用する。
できれば、上記望ましくないひずみは、機械的振動または変動、温度の変動または音響ひずみの中の１つであり、電子顕微鏡の解像度が向上することが好ましい。上記電子顕微鏡は、好適には、さらにＳＴＭまたはＡＦＭのような走査探査デバイスを備えることが好ましい。上記精密位置決めデバイスは上記走査探査デバイスに内蔵されていて、コンパクトなサイズを実現している。さらに、上記精密位置決めデバイスは、圧電素子、慣性制御デバイス、または上記サンプルを精密位置決めするためのマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）構造の中の１つを備えている。
【０００８】
同様に、上記および他の目的は、顕微鏡の望ましくないひずみの影響を低減するための方法により達成される。上記方法は、精密位置決め手段上に検査対象のサンプルを配置するステップと、上記望ましくないひずみによるサンプルの動きを測定するステップと、ひずみによるサンプルの動きを補償するために、サンプルの動きの測定値に基づいて上記精密位置決め手段を制御するステップとを含む。
別の方法としては、同様に、上記および他の目的は、顕微鏡の望ましくないひずみの影響を低減するための方法により達成される。上記方法は、精密位置決め手段上に検査対象のサンプルを配置するステップと、ロックされた周波数を有する励起信号を上記精密位置決め手段に供給するステップと、上記顕微鏡により上記サンプルの画像を形成するステップと、複数の励起信号中の上記顕微鏡からの画像を分析するステップとを含む。
添付の図面を参照しながら好ましい実施の形態により、以下に本発明をさらに詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１を参照しながら本発明の第１の実施の形態について以下に説明する。この実施の形態は、主として、例えば、外乱によるシステムの振動を補償するように設計されている。すでに説明したように、この問題の標準的な解決方法は、安定した顕微鏡を組み立て、その顕微鏡を振動の少ない環境内に設置することである。振動についての問題は、顕微鏡の画像がぼやけ、原子レベルの解像度のような高い解像度の場合には画像が特にぼやけることである。しかし、本発明の第１の実施の形態によれば、顕微鏡３が分析するサンプル１は、精密位置決めデバイスの動きを制御するために、制御デバイス４に接続しているアクチュエータまたは精密位置決めデバイス３上に位置している。このようなアクチュエータは、例えば、測定の先端に対して正しい方法で、サンプルを位置決めするためのもので周知のものである。さらに、振動を測定するための測定デバイス６が、補償する振動の測定値を入手するために顕微鏡内に配置されている。この測定デバイス６は、例えば、サンプルの近くまたは電子顕微鏡３の一部上に位置する加速計を備えることができる。１つの方法は、その上で振動が測定される上記一部に加速計を直接機械的に接触させて設置する方法である。それ故、電子顕微鏡３に振動が伝わった場合でも、その振動は上記加速計６（等）により記録される。その後で、上記測定デバイス６からの信号は、上記精密位置決めデバイス２用の制御デバイス４に送られるように配置されている。その後で、測定した振動を補償する目的で、サンプル１を移動するために精密位置決めデバイス２が制御される。それ故、サンプル１は、振動中、本質的には、静止状態に保持され、そのため測定値のすべてのひずみが避けられる。
【００１０】
別の方法としては、図２に簡単に示すように、顕微鏡画像７自身は振動を分析するために使用することができ、それ故、画像処理手段５、７は、上記測定デバイス６を構成することができる。画像分析は、上記顕微鏡が画像形成した画像について行われ、上記分析は全画像またはその一部に対して行うことができる。例えば、サンプルの構造は、画像分析により識別することができる。次に、電子ビーム８に対するその位置が変化しないように、サンプル１の位置を規制することにより、精密位置決め制御デバイスに接続しているフィードバック・システムを、振動を補償するために使用することができる。上記画像分析を行う１つの方法は、ＣＣＤカメラにより電子顕微鏡画像をサンプリングし、コンピュータまたはＤＳＰプロセッサ内の画像形成システムにより信号を測定する方法である。画像形成システムは、例えば画像の移送および画像分析の中のいくつかを処理するフレームグラバを備えることができる。コンピュータまたはＤＳＰプロセッサは、測定システムに影響を与えている振動を測定するために最終的分析を供給する。
【００１１】
さらに、上記アクチュエータまたは精密位置決めデバイス２は、例えば、本発明の出願人に譲渡された特許出願第ＷＯ００／７７５５３号またはＷＯ０２／４６８２１号のいずれかに開示されている、慣性精密位置決めデバイスのような圧電デバイスにより構成することができる。両特許出願は、引用によって本明細書の記載に援用する。このような精密位置決めデバイス２は、振動を補償するために使用することができるばかりでなく、同時に顕微鏡検査デバイスを整合するためにも使用することができ、上記整合は、測定プロセス中に動的にその場で行うことができる。このような精密位置決めデバイスは、電子顕微鏡が内蔵している走査トンネル効果顕微鏡または原子力顕微鏡の一部を構成することができる。電子ビームおよび振幅補償に対してサンプルを精密位置決めするための制御信号は、サンプルに対する必要な動きパターンを発生するために容易に重畳させることができる。
【００１２】
図１および図２に示す実施の形態は、また、本質的に、熱変動または機械的動きによる変動のような変動によるひずみを補償するために使用することができる。このような変動が起こると、多くの場合、時間の関数として、電子顕微鏡３の電子ビーム８に対してサンプル１が機械的に移動する。過去において、この機械的動きに従って電子ビームを移動することにより上記変動を補償するための種々の試みが行われてきたが、困ったことに、電子顕微鏡の測定能力が低下する結果となった。何故なら、電子光学系に対する電子ビームの整合が影響を受けるからである。以下の説明においては、上記の対応する構成部材と本質的に同じ機能を有する構成部材については、繰り返して詳細に説明しないので留意されたい。
【００１３】
本発明によれば、問題の変動とは反対方向にサンプルを移動するために、アクチュエータまたは精密位置決めデバイス２を使用することにより、上記問題を解決することができる。そうすることにより、電子ビーム８自身を動かす必要がなくなり、それにより最初に正しく整合しておけば、電子ビーム８を何時でも電子光学系に正しく整合させることができる。この場合、精密位置決めデバイスは、例えば、変動による機械的ひずみを補償するために、それに電圧を供給するとその長さが変化する圧電素子により、サンプルを機械的に動かすために使用することができる。補償の大きさは、予想される変動座標を手動で設定することができる変動補償手段を使用して手動で設定することができる。別の方法としては、サンプルの補償の動きの大きさを設定するために、画像分析フィードバックを使用することもできる。画像分析は、上記顕微鏡が画像形成する画像について行われ、分析は、全画像またはその一部について行うことができる。例えば、サンプルの構造は、画像分析により識別することができる。
【００１４】
次に、電子ビーム８に対するその位置が変化しないように、サンプル１の位置を規制することにより、精密位置決め制御デバイス４に接続しているフィードバック・システムを、変動を補償するようにプログラムすることができる。このようにして、温度の変動または機械的振動による変動のような変動に対して自動的補償を行うことができる。しかし、熱的変動に対する補償の場合には、上記画像分析が好適な測定方法であることに留意されたい。何故なら、画像形成システムは、適当な画像分析システムと一緒に、サンプル内の特徴を継続的に追跡し、異なるフレームまたは時間間隔間の動きを測定するように設計することができるからである。
【００１５】
図２だけを参照しながら本発明の第３の実施の形態について以下に説明する。この場合も同様に、上記の構成部材については、以下にこれ以上詳細に説明しない。すでに説明したように、電子顕微鏡および走査探査顕微鏡においては、機械的であるがまた音響的でもあるひずみは、顕微鏡の解像度を低減する恐れがある。しかし、この実施の形態の場合には、この問題は、制御デバイス４により制御されるように配置されているアクチュエータ手段２の上に分析対象のサンプル１を位置決めすることにより解決される。その後で、サンプルは、制御デバイス４により制御される上記アクチュエータ手段２により、固定またはロックされた周波数ｆで励起される。アクチュエータは、例えば、圧電素子または静電的に励起されるマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）を備えることができる。上記励起中、サンプルは、顕微鏡３内の画像面７上に画像形成され、この画像は、上記周波数ロック励起用の複数の周波数サイクルをカバーする、選択した積分時間中コンピュータ手段またはプロセッサ５により処理される。プロセスを既知の周波数で励起することにより、位相制御信号を使用して、上記プロセスからのデータを非常に高いＳ／Ｎ比で測定することができ、不規則な行動の任意のひずみの影響を低減することができる。このことは、画像形成処理からの測定信号に励起信号を掛け、他のすべての周波数をろ過することにより行うことができる。理論的には、Ｓ／Ｎ比は、係数√ｎにより改善することができる。ここで、ｎは上記積分に含まれるサイクルの数である。
【００１６】
当業者であれば、添付の特許請求の範囲に記載される本発明の精神および範囲から逸脱することなしに、本発明から多くの他の発展を行うことができることに留意されたい。
特に、上記精密位置決めデバイスは、圧電またはＭＥＭＳ構造に限定されず、実際には、磁気弾性またはバイモルフ・トランスジューサのような多くの他のトランスジューサ、またはギア・ボックス付きモータを、上記精密位置決めデバイスを実行するために使用することができることに留意されたい。また、本発明は、例えば、１つの方向の変動の補償に限定されないで、上記精密位置決めデバイスにより精密位置決めを行うことができるすべての次元内の変動を補償するために使用することができることにも留意されたい。
【００１７】
また、本発明は、既存の顕微鏡デバイスに内蔵することができることにも留意されたい。さらに、本発明は、ＴＥＭ−ＳＴＭまたはＴＥＭ−ＡＦＭのような市販の組合わせ顕微鏡でも実施することができる。これらの場合、サンプルは、１つの精密位置決めデバイスにより制御され、ＳＴＭまたはＡＦＭ探索は第２の精密位置決めデバイスにより制御される。さらに、本発明は、上記ＳＥＭおよびＴＥＭばかりでなく、他のタイプの電子顕微鏡にも適用できることに留意されたい。
最後に、本発明を使用することにより、電子顕微鏡の設置コストを低減することもできるし、または別の方法としては、現在の設置との安定性を改善することもでき、それにより解像度を改善することができることにも留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施の形態による、ひずみを低減するためのデバイスを備える顕微鏡検査デバイスの略図である。
【図２】本発明の他の実施の形態による、ひずみを低減するためのデバイスを備える顕微鏡検査デバイスの略図である。
【符号の説明】
【００１９】
１  サンプル          ２  精密位置決めデバイス  ３  透過電子顕微鏡
４  制御デバイス      ５  画像分析システム      ６  測定デバイス
７  顕微鏡画像        ８  電子ビーム    
【図１】
2005520281.tif 000003
【図２】
2005520281.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成15年7月1日(2003.7.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）（３）でサンプル（１）を検査している場合に、望ましくないひずみの影響を低減するためのデバイスであって、前記サンプル（１）が、電子ビーム（８）の経路内に配置されている精密位置決めデバイス（２）上に装着されるように配置されていて、前記精密位置決めデバイスが、前記サンプル（１）の位置を調整することができ、前記精密位置決めデバイス（２）が、望ましくないひずみによる測定誤差を補償するように、前記サンプル（１）の位置を制御するために配置されている制御デバイス（４）に接続していることを特徴とするデバイス。
【請求項２】
前記デバイスが、さらに、前記サンプル（１）に影響を与える前記望ましくないひずみを測定するための測定デバイス（６）と、前記望ましくないひずみによるサンプルの動きを補償することができるように、前記測定デバイス（６）からの情報を前記制御手段（４）にフィードバックするためのフィードバックとを備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記測定デバイス（６）が、前記サンプルの近く、または別の方法としては、前記電子顕微鏡（３）自身上に設置されている加速計のような振動を測定するためのデバイスを備える、請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記測定デバイス（６）が、前記顕微鏡（３）の画像形成システムからの画像を分析するように配置されている画像分析システム（５）を備え、それにより前記サンプル（１）に対する望ましくないひずみの影響を測定する、請求項２または３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記精密位置決めデバイス（２）が、固定周波数を有する周期的励起信号により制御されるように配置されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記サンプルが、前記顕微鏡により画像形成されるように配置され、前記デバイスが、さらに複数の励起信号サイクル中の前記顕微鏡からの画像信号を分析するための画像信号分析システム（５）を備えている、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記望ましくないひずみが、機械的振動または変動、温度の変動または音響ひずみの中の１つである、前記請求項の何れか１項に記載のデバイス。
【請求項８】
前記電子顕微鏡（３）が、さらに、ＳＴＭまたはＡＦＭのような走査探査デバイスを備え、前記精密位置決めデバイスが前記走査探査デバイスに内蔵されている、前記請求項の何れか１項に記載のデバイス。
【請求項９】
前記精密位置決めデバイス（２）が、圧電素子、慣性制御デバイス、または前記サンプル（１）を精密位置決めするためのマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）構造の中の１つを備える、前記請求項の何れか１項に記載のデバイス。
【請求項１０】
透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）（３）の望ましくないひずみの影響を低減するための方法であって、
前記顕微鏡（３）の側面上の開口部内に精密位置決めデバイス（２）を配置するステップと、
前記精密位置決めデバイス（２）上に検査対象のサンプル（１）を配置するステップと、
前記望ましくないひずみによる前記サンプル（１）の動きを測定するステップと、
ひずみによる前記サンプルの動きを補償するために、前記サンプルの動きの測定値に基づいて前記精密位置決めデバイス（２）を制御するステップとを含む方法。
【請求項１１】
顕微鏡の望ましくないひずみの影響を低減するための方法であって、
精密位置決めデバイス（２）上に検査対象のサンプルを配置するステップと、
ロックされた周波数を有する周期的励起信号を前記精密位置決めデバイス（２）に供給するステップと、
前記顕微鏡により前記サンプルの画像を形成するステップと、
任意のひずみの影響を低減するために、複数の励起信号中に前記顕微鏡からの画像を分析するステップとを含む方法。
【国際調査報告】
2005520281.tif 000005
2005520281.tif 000006
2005520281.tif 000007
2005520281.tif 000008