(57)【要約】【課題】電気配線の接続信頼性の向上と第１の真空容器を大気開放することなく配線着脱を行えるようにする。【解決手段】予備排気室２０中に、第１の真空仕切り弁２２と第２の真空仕切り弁２４を設け、第２の真空仕切り弁２４及び予備排気室２０に真空保持型の電気信号電伝達コネクタ２８，２９を設ける。第２の真空仕切り弁２４に、試料室１０と予備排気室を真空的に分離する機能と、真空外から試料３１への電気信号の授受を行う機能を持たせることで、真空外から電気信号の授受を行うと共に、試料室を大気開放することなく、試料の交換を行えるようにする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を保持して移動する試料ステージを内部に備え、試料に荷電粒子線を照射する荷電粒子線光学系と真空排気系とが接続され、試料の出し入れを行う開口部を有する試料室と、
前記開口部を介して前記試料室に接続される予備排気室と、
前記試料室の壁面に沿って移動して前記開口部を塞ぐ真空仕切り弁と、
前記予備排気室から前記開口部を通して前記試料室内の前記試料ステージ上に試料を搬送する試料搬送機構とを備える荷電粒子線装置において、
前記予備排気室内に前記試料室の開口部を塞ぐ第２の真空仕切り弁を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、前記予備排気室及び前記第２の真空仕切り弁は真空保持型の電気信号伝達コネクタを備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、前記第２の真空仕切り弁は真空保持型の電気信号伝達コネクタを備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の荷電粒子線装置において、前記第２の真空仕切り弁は開口部を有する前記試料室の壁面に対して垂直な方向に移動することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載の荷電粒子線装置において、前記試料搬送機構は、前記予備排気室を真空外から真空保持手段を介して貫通すると共に前記第２の真空仕切り弁を真空保持手段を介して貫通し、前記第２の真空仕切り弁を移動させるための機構は前記予備排気室の外壁を真空外から真空保持手段を介して貫通していることを特徴とする荷電粒子線装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子線やイオンビームを試料に照射して試料の観察や検査を行う荷電粒子線装置に関し、特に荷電粒子線装置の試料交換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子線を照射しながらＩＣやトランジスタの観察や試験を行う電子線装置では、真空排気された試料室に置かれた試料に真空外から電気的信号を印加して観察を行ったり、電子線照射によって試料から発生する電気的信号を真空外へ取り出す必要がある。試料室の真空を保持したままで複数の試料を交換して試験する必要がある場合、従来は試料と試料ステージの双方に接点ないしはコネクタを取り付け、試料室に試料を挿入する際に両コネクタをかん合接続させ、試料ステージのコネクタから試料室の壁に設けた真空保持型のコネクタを経由して真空外まで電気配線を接続している。
【０００３】
図６は、従来の荷電粒子線装置の例を示す図である。電気配線５４は試料室１０の壁に設けたコネクタ５３から試料ステージ１１のコネクタ５１まで固定配線されており、予備排気室２０に試料３１を置いてこれを真空排気した後、試料室１０と予備排気室２０の間の仕切り弁２２を開いて、試料３１を試料室１０内の試料ステージ１１へ移動し、試料３１に取り付けられたコネクタ５２を、試料ステージ１１に取り付けられたコネクタ５１に接続させるようになっている。
【特許文献１】
特開平１０−６９６１８号公報
【特許文献２】
特開２００１−７６６６１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
電気配線の本数が数十本と多くなると、コネクタの接続精度、挿入圧力などの問題で信頼性良く確実に接続することが困難になる。また、大きな挿入圧力が試料ステージにかかるので、高精度の試料ステージに対しては悪影響をおよぼす可能性がある。さらに配線が必要でない試料を用いる場合にも、この配線は残ったままで、試料ステージ自身の精度、移動範囲などに悪影響を及ぼす等の問題点がある。試料室を大気開放して試料ステージを取り出せば、配線の接続、不要なときの配線取り外し等を行なうことができるが、その場合には試料室を再度真空排気をするのに長い時間を要し、特に１０−４Ｐａオーダー以上の高真空領域で使用する場合には、効率を著しく低下させてしまう。
本発明は、試料室を大気開放することなく、信頼性よく、また必要なときだけ試料に配線接続を行える荷電粒子線装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成する本発明の荷電粒子線装置は、真空排気される試料室と、これと第１の真空仕切り弁を介して接続されている予備排気室とを有し、予備排気室中にさらに第２の真空仕切り弁を有する。第１の真空仕切り弁は、試料室の壁面に沿って移動し、真空室と予備排気室とを真空的に分離する機能を持つ。第２の真空仕切り弁には真空保持型の電気信号伝達コネクタを設け、試料室の壁面に対して垂直方向に移動する機構を有する。これにより第２の真空仕切り弁は、試料室と予備排気室とを真空的に分離する機能と、試料との電気信号授受のための第２の中継機能を持つ。予備排気室には真空保持型の電気信号伝達コネクタを設け、真空外から試料に電気信号の授受を行う第１の中継機能を持たせる。さらに真空外から真空保持手段を介して貫通し、第２の真空仕切り弁を移動させるための機構と、真空外から真空保持手段を介して貫通し、かつ、第２の真空仕切り弁を真空保持手段を介して貫通し、試料を試料ステージへ搬送する機構とを有する。この予備排気室の真空保持型の電気信号伝達コネクタと、第２の真空仕切り弁の真空保持型の電気信号伝達コネクタと、試料とを配線しておくことで、真空外から試料に電気信号の授受を行う機能と、試料室を大気開放することなく試料を交換する機能の両方を実現する。
【０００６】
すなわち、本発明による荷電粒子線装置は、試料を保持して移動する試料ステージを内部に備え、試料に荷電粒子線を照射する荷電粒子線光学系と真空排気系とが接続され、試料の出し入れを行う開口部を有する試料室と、開口部を介して試料室に接続される予備排気室と、試料室の壁面に沿って移動して開口部を塞ぐ真空仕切り弁と、予備排気室から開口部を通して試料室内の試料ステージ上に試料を搬送する試料搬送機構とを備える荷電粒子線装置において、予備排気室内に試料室の開口部を塞ぐ第２の真空仕切り弁を有することを特徴とする。
【０００７】
予備排気室及び第２の真空仕切り弁は真空保持型の電気信号伝達コネクタを備えることができる。予備排気室に真空保持型の電気信号伝達コネクタを設けたことにより、予備排気室はその外壁を通して電気信号の伝達を行うことができる。また、第２の真空仕切り弁に真空保持型の電気信号伝達コネクタを設けたことにより、第２の真空仕切り弁で仕切られる内部と外部の間に電気信号の伝達を行うことが可能になる。従って、試料と第２の真空仕切り弁の電気信号伝達コネクタの間を結線し、第２の真空仕切り弁の電気信号伝達コネクタと予備排気室の電気信号伝達コネクタの間を結線すると、これらの電気信号伝達コネクタを介して、真空外から試料に電気信号の授受を行うことが出来る。
【０００８】
また、第２の真空仕切り弁にのみ真空保持型の電気信号伝達コネクタを備えるようにしてもよい。第２の真空仕切り弁に真空保持型の電気信号伝達コネクタを設けたことにより、第２の真空仕切り弁で仕切られる内部と外部の間に電気信号の伝達を行うことが可能になる。従って、試料と第２の真空仕切り弁の電気信号伝達コネクタの間を結線し、予備排気室を大気開放することにより、第２の真空仕切り弁の電気信号伝達コネクタを介して、真空外から試料に電気信号の授受を行うことが出来る
第２の真空仕切り弁は開口部を有する試料室の壁面に対して垂直な方向に移動する。２つの真空仕切り弁の移動方向を異ならせることにより、一方の真空仕切り弁よって他方の真空仕切り弁の運動と干渉することなく試料室の開口部を塞ぐことができる。
【０００９】
試料搬送機構は、予備排気室を真空外から真空保持手段を介して貫通すると共に第２の真空仕切り弁を真空保持手段を介して貫通し、第２の真空仕切り弁を移動させるための機構は予備排気室の外壁を真空外から真空保持手段を介して貫通しているのが好ましい。
【００１０】
本発明の荷電粒子線装置によると、真空外から試料に対して電気信号の授受が出来ると共に、配線をしたままで試料を真空外に取出すことが出来る。また試料を真空室に搬送する前に、電気的動作確認が出来る。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明による荷電粒子線装置の一実施例の試料室部分の要部断面図である。
試料室１０中には試料を保持して移動する試料ステージ１１が配置されており、試料室１０の上部に位置する荷電粒子線光学系４０から試料ステージ１１に保持される試料に電子線やイオン線等の荷電粒子線が照射される。試料から放出された二次電子等の信号粒子は二次電子検出器等の検出器１３によって検出される。
【００１２】
試料室１０は側面に開口部１５を有し、その開口部１５を介して、試料交換のための予備排気室２０と接続されている。予備排気室２０には、試料室１０と予備排気室２０の間の開口部１５を封止するための第１真空仕切り弁２２及び第２真空仕切り弁２４が設けられている。第１真空仕切り弁２２は、第１真空仕切り弁移動機構２３により試料室１０の壁面に沿って移動して、試料室の開口部１５を塞いだり開放したりすることができる。第２真空仕切り弁２４は、第２真空仕切り弁移動機構２５により試料室１０の壁面に対して垂直方向に移動して、試料室の開口部１５を塞いだり開放したりすることができる。第２真空仕切り弁移動機構２５は、真空外から予備排気室２０をＯリング等の真空保持手段を介して貫通し、第２真空仕切り弁２４に固定されている。このように、試料室１０は、その開口部１５を第１真空仕切り弁２２あるいは第２真空仕切り弁２４のどちらか一方で塞いで、真空仕切りが出来るように構成されている。
【００１３】
予備排気室２０及び第２真空仕切り弁２４には、真空保持型電気信号伝達コネクタ２８，２９が設けられ、これらの間を配線３０で結ぶことにより、真空外から試料３１に電気信号の授受が可能となる。試料搬送機構２７は予備排気室２０の外壁及び第２真空仕切り弁２４をＯリング等の真空保持手段を介して貫通しており、真空外から試料搬送機構２７を操作することにより、試料ホルダ２６に保持された試料３１を試料室１０内の試料ステージ１１に搬送することが出来る。試料搬送機構２７と試料ホルダ２６は、一般的に試料ホルダ側２６が雌ねじ、試料搬送機構２７側が雄ねじとなっており、試料ホルダ２６に試料搬送機構２７をねじ込むことで両者は固定される。試料３１には真空外にて電気配線を接続し、電気配線接続済みの試料を予備排気室２０に位置づけられた試料ホルダ２６に載せる。
【００１４】
図２は、予備排気室を大気開放した状態を示した図である。試料室１０は第１の真空仕切り弁２２によって真空仕切りされている。予備排気室２０の可動壁をガイド２１に沿って移動させることで、予備排気室２０を大気開放することができる。予備排気室２０の可動壁は必要があればガイド２１から完全に分離することも可能である。この状態で、予備排気室２０に設けられた真空保持型電気信号伝達コネクタ２９に外部より必要に応じた電気信号を入力することで、試料３１を試料室１０内の試料ステージ１１に搬送する前に電気的動作の確認を行うこともできる。よって、配線３０の接続も確認出来ることから接続精度の信頼性向上が期待できる。
【００１５】
図３は、本発明の荷電粒子線装置による試料搬送状態を示す図である。図は、予備排気室を予備排気後、第１真空仕切り弁２２を開け、試料３１を試料室１０内の試料ステージ１１に搬送した状態を示している。試料ステージ１１に設けられたホルダ１２は、バネにより試料ホルダ２６を試料ステージ１１に固定することができるようになっている。このホルダ１２に、試料搬送機構２７を操作して試料ホルダ２６を挿入し、試料３１を固定する。この様に試料３１に配線３０を接続した状態で試料ステージ１１に搬送することが出来る。また、試料３１に配線３０を接続する必要が無い場合は、図２の状態において配線３０を取外して搬送すればよい。よって配線３０が必要無い場合には、試料ステージ１１の移動範囲の制限あるいは位置決め精度の低下等の、配線３０が及ぼす悪影響を回避出来る。
【００１６】
図４は、本発明の荷電粒子線装置における試料搬送後の状態図である。図は、試料３１を試料室１０の試料ステージ１１上に搬送したあと、試料搬送機構２７を試料ホルダ２６から取外し、第２真空仕切り弁２４を閉じた状態を示す。
【００１７】
試料室１０を１０−４Ｐａオーダーに排気して使用する場合、試料室を一旦大気圧まで開放してから排気すると、目的の真空度に達するまで１時間以上を要する。しかし、予備排気室２０を数Ｐａから１０−１Ｐａオーダーまで排気してから第１真空仕切り弁２２を開けて試料を試料室内に搬送し、直ちに第２真空仕切り弁２４を閉じるようにすると、数分から十数分で試料室１０の真空度は所要値まで回復するので、迅速に作業を行うことができる。
【００１８】
荷電粒子線光学系４０から照射される荷電粒子線が試料３１上で走査されるとき、検出器１３の検出信号をその走査に同期して取り出すことによりＣＲＴ等の表示装置に試料像が表示される。このとき、試料に電気信号を供給しながら試料像を形成することにより、トランジスタ回路等の接合部探索および試料表面観察等の試験を行うことができる。また、荷電粒子線を試料上で走査するとき試料から発生される電気信号いわゆる内部起電流を検出することにより、これを増幅し得られる像を観察することで、結晶欠陥調査等の試験を行うことができる。
【００１９】
図５は、本発明による荷電粒子線装置の他の実施例を説明する図である。
本実施例の荷電粒子線装置は、第２真空仕切り弁２４にのみ真空保持型電気信号伝達コネクタ２８が設けられ、予備排気室２０には真空保持型電気信号伝達コネクタが設けられていない。
【００２０】
試料３１への配線３０の接続、試料の試料室１０内への搬送は、図２から図４で説明したように、前の実施例と同様に行なう。図４に示すようにして、試料３１の搬送が終わったら、図５に示すように、予備排気室２０を大気開放し、予備排気室の可動壁をガイド２１に沿って開いて、第２真空仕切り弁２４の真空保持型電気信号伝達コネクタ２８に、真空外からの信号伝達用配線３２を接続する。
【００２１】
本実施例によると、試料への電気接続のための構造が簡単になるとともに、合計の電気配線の長さを短縮することができ、高周波あるいは微小信号を伝達する場合にはメリットがある。第１真空仕切り弁２２及び第２真空仕切り弁２４の移動機構は手動にて行ってもよいが、エアシリンダ等を用いて自動で行うことも出来る。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば試料交換装置に、真空外から試料に電気信号の授受が出来ると共に、配線をしたままで、試料を真空外に取出すことが出来る。よって試料ステージに配線する必要が無くなるため試料ステージに対する配線の影響を無くすと共に、真空容器を大気開放する事無く配線の取外しが出来ることから、スループットの向上が図れる。また試料を試料ステージに取付ける前、すなわち真空中に入れる前に電気的な動作又は電気的な接続の確認をすることが出来ることから、接続の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による荷電粒子線装置の一実施例の試料室部分の要部断面図。
【図２】予備排気室を大気開放した状態を示した図。
【図３】本発明の荷電粒子線装置による試料搬送状態を示す図。
【図４】本発明の実施例における試料搬送後の状態を示す図。
【図５】本発明による荷電粒子線装置の他の実施例を説明する図。
【図６】従来の荷電粒子線装置の例を示す図。
【符号の説明】
１０：試料室、１１：試料ステージ、１３：検出器、１５：開口部、２０：予備排気室、２１：ガイド、２２：第１真空仕切り弁、２３：第１真空仕切り弁移動機構、２４：第２真空仕切り弁、２５：第２真空仕切り弁移動機構、２６：試料ホルダ、２７：試料搬送機構、２８，２９：真空保持型電気信号伝達コネクタ、３０：配線、３１：試料、３２：配線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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