(57)【要約】【課題】装置全体の設置スペースが大きくならないとともに装置設計の自由度が損なわれることがなく、さらに電極板の位置補正をすることができ、また試料室へのリークの発生のない荷電粒子ビーム装置を提供すること。【解決手段】荷電粒子ビーム源と、荷電粒子ビーム源から放出された荷電粒子ビーム２１を制御して試料に照射するための照射レンズ系と、試料を載置するための試料ステージと、照射レンズ系と試料ステージとの間に配置され、荷電粒子ビーム２１が通過する開口３１ａを有するとともに所定の電位が印加される電極板３１とを備えた荷電粒子ビーム装置において、電極板３１が圧電素子部３３によって支持されている。【選択図】  図２
2005032559.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビーム源と、荷電粒子ビーム源から放出された荷電粒子ビームを制御して試料に照射するための照射レンズ系と、試料を載置するための試料ステージと、照射レンズ系と試料ステージとの間に配置され、荷電粒子ビームが通過する開口を有するとともに所定の電位が印加される電極板とを備えた荷電粒子ビーム装置において、前記電極板が圧電素子によって支持されていることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項２】
前記電極板は、前記圧電素子に固定された支持ブロックを介して当該圧電素子に支持されていることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項３】
前記電極板は、その複数箇所において前記圧電素子により支持されていることを特徴とする請求項１若しくは２記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項４】
前記電極板は、積層された圧電素子により支持されていることを特徴とする請求項１乃至３何れかに記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項５】
前記照射レンズ系は対物レンズ備え、当該対物レンズと前記試料ステージとの間に前記電極板が配置されていることを特徴とする請求項１乃至４何れかに記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項６】
前記対物レンズの周囲にはフランジ部が設けられており、前記圧電素子は当該フランジ部に保持されていることを特徴とする請求項５記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項７】
前記荷電粒子ビームは電子ビームであることを特徴とする請求項１乃至６何れかに記載の荷電粒子ビーム装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、照射レンズ系と試料ステージとの間に電極板を備えた荷電粒子ビーム装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走査型電子顕微鏡等の荷電粒子ビーム装置において、照射レンズ系と試料ステージとの間に電極板を備えたものがある。この電極板は、照射レンズ系と試料ステージに載置される試料との間において、試料の表面に加わる電界強度を制御するために設けられている。
【０００３】
このような荷電粒子ビーム装置の一例を図４に示す。同図において、１００は荷電粒子ビーム装置である走査型電子顕微鏡であり、この走査型電子顕微鏡１００に設けられた電子銃（荷電粒子ビーム源）１０１から放出されて加速された電子ビーム１２１は、電子光学系（照射レンズ系）１０５により制御されて試料１１４に照射される。
【０００４】
ここで、電子光学系１０５は、集束レンズ１０２、走査コイル１０３、及び対物レンズ１０４から構成されている。そして、電子銃１０１から放出された電子ビーム１２１は、集束レンズ１０２及び対物レンズ１０４により試料１１４上において細く集束されて照射され、このとき走査コイル１０３によって試料１１４上の被観察領域を走査される。
【０００５】
試料１１４は試料ホルダ１１５に収容されており、試料１１４を収容した試料ホルダ１１５は台座１２０を介して試料ステージ１１６に載置されている。試料ステージ１１６は、Ｘ方向に移動するＸ方向ステージ１１６ａと、Ｙ方向に移動するＹ方向ステージ１１６ｂと、Ｚ方向に移動するＺ方向ステージ１１６ｃとから構成される。
【０００６】
上記の電子銃１０１、集束レンズ１０２、及び走査コイル１０３は鏡筒１０６の内部に配置されている。また、上記の試料ステージ１１６は、試料室１０７の内部に配置されており、試料室１０７の内部は、試料１１４の観察時において、図示しない排気手段により真空引きされる。
【０００７】
試料室１０７の外側面には、Ｚ方向ステージ１１６ｃと連結された昇降機構１１８が設けられている。そして、昇降機構１１８の昇降動作によりＺ方向ステージ１１６ｃが昇降し、これにより試料ステージ１１６が試料１１４とともに昇降する。なお、試料室１０７は、ベースプレート１１９の上に置かれている。
【０００８】
電子光学系１０５を構成する対物レンズ１０４と試料ステージ１１６との間であって、対物レンズ１０４に接近する位置には、電子ビーム１２１が通過するための開口部１０９ａが形成された電極板１０９が設けられている。この電極板１０９は支持部材１０８の先端部に支持されており、当該支持部材１０８の基端部は、シャフトケース１１０ａ内のシャフト１１０の先端部に取付けられている。そして、シャフト１１０の基端部は、動力伝達ブロック１１３を介して、シリンダ１１１のロッド１１２の先端部に固定されている。ここで、シャフト１１０は試料室１０７の側壁を貫通するように設けられている。
【０００９】
よって、シリンダ１１１におけるロッド１１２基端部が、シリンダ本体１１１ａ内を往復駆動することにより、当該駆動力が動力伝達ブロック１１３を介してシャフト１１０に伝達される。これにより、シャフト１１０がシャフトケース１１０ａ内を往復動する。そして、これに伴って、支持部材１０８及び電極板１０９が往復動する。
【００１０】
従って、シリンダ１１１の駆動により、電極板１０９が、上述した対物レンズ１０４と試料ステージ１１６との間の位置（ビーム通路位置）と、当該ビーム通路位置から外れた待機位置との間を適宜往復移動する。
【００１１】
そして、試料１１４を収容する試料ホルダ１１５が試料室１０７内の試料ステージ１１６上に載置され、これにより試料１１４の観察を行うことができる状態にある場合において、電極板１０９をビーム通路位置に移動させると、図４のように、試料１１４と対物レンズ１０４との間に電極板１０９が配置されることとなる。
【００１２】
なお、電極板１０９には、図示しない電圧供給手段により、適宜所定の電位が印加されるようになっている。また、電極板１０９が上記のビーム通路位置に位置したときに、電極板１０９に所定の電位を印加する。
【００１３】
また、試料１１４には、必要に応じて、試料ホルダ１１５を介して所定の負電位が別途印加されるように構成されている。なお、対物レンズ１０４には接地電位が印加されている。
【００１４】
上述のように、試料と対物レンズとの間に電極板を配置できる構成の走査型電子顕微鏡において、試料の観察時に試料ホルダを介して試料に負の電位（負の重畳電圧）を印加するとともに、ビーム通路位置に配置された電極板に試料への印加電位と同じ電位を印加させるものが検討されている（例えば、特許文献１における図８〜図１０参照）。なお、当該特許文献においては、試料室内における電極板の支持手段についての言及はない。
【００１５】
【特許文献１】
特開平９−１７１７９１号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した図４に示す荷電粒子ビーム装置の構成においては、電極板１０９の往復動を行うためのシリンダ１１１等からなる駆動手段が、試料室１０７の外側に配置されているので、試料室１０７の外側に当該駆動手段を設けるためのスペースが必要となる。よって、装置全体の設置スペースが大きくなってしまうとともに、試料室１０７の外周部に設計上での制約が発生し、装置設計の自由度が損なわれるという問題があった。
【００１７】
また、電極板１０９はシリンダ１１を駆動源とする往復動のみによる移動であるので、電子ビーム１２１に対する電極板１０９の開口部１０９ａの位置を試料の観察時に適宜補正することが困難であった。
【００１８】
さらに、電極板１０９は支持部材１０８により片持ち状態で支持されているので、電極板１０９の先端側が経時的に垂れ下がることがある。この場合においては、電極板１０９に形成された開口部１０９ａの位置が変位してしまい、その状態では、当開口部１０９ａの正確な位置補正をすることが困難となる。
また、電極板１０９の先端側が垂れ下がった状態において、特に試料１１４と対物レンズ１０４との間の距離であるＷＤ（ワーキングディスタンス）が短く、試料１１４が対物レンズ１０４に接近した状態で観察を行う場合には、電極板１０９の先端側が試料１１４もしくは試料ホルダ１１５に接触することがあり、これらの構成部材を損傷してしまうことがある。
【００１９】
さらに、試料室１０７の外側に設けられた駆動源であるシリンダ１１１と、試料室１０７内部に設けられた電極板１０９とをシャフト１１０等により連結しているので、試料室１０７の側壁におけるシャフト１１０の貫通部においてリークが発生することもあった。
【００２０】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであって、装置全体の設置スペースが大きくならないとともに装置設計の自由度が損なわれることがなく、さらに電極板の位置補正をすることができ、また試料室へのリークの発生のない荷電粒子ビーム装置を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決する手段】
本発明に基づく荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子ビーム源と、荷電粒子ビーム源から放出された荷電粒子ビームを制御して試料に照射するための照射レンズ系と、試料を載置するための試料ステージと、照射レンズ系と試料ステージとの間に配置され、荷電粒子ビームが通過する開口を有するとともに所定の電位が印加される電極板とを備えた荷電粒子ビーム装置であって、前記電極板が圧電素子によって支持されていることを特徴とする。
【００２２】
【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。
【００２３】
図１に、本発明における荷電粒子ビーム装置の概略構成図を示す。同図において、５０は荷電粒子ビーム装置である走査型電子顕微鏡であり、この走査型電子顕微鏡５０に設けられた電子銃（荷電粒子ビーム源）１から放出されて加速された電子ビーム２１は、電子光学系（照射レンズ系）５により制御されて試料１４に照射される。
【００２４】
ここで、電子光学系５は、集束レンズ２、走査コイル３、及び対物レンズ４から構成されている。そして、電子銃１から放出された電子ビーム２１は、集束レンズ２及び対物レンズ４により試料１４上において細く集束されて照射され、このとき走査コイル３によって試料１４上の被観察領域を走査される。
【００２５】
試料１４は試料ホルダ１５に収容されており、試料１４を収容した試料ホルダ１５は台座２０を介して試料ステージ１６に載置されている。試料ステージ１６は、Ｘ方向に移動するＸ方向ステージ１６ａと、Ｙ方向に移動するＹ方向ステージ１６ｂと、Ｚ方向に移動するＺ方向ステージ１６ｃとから構成される。
【００２６】
上記の電子銃１、集束レンズ２、及び走査コイル３は鏡筒６の内部に配置されている。また、上記の試料ステージ１６は、試料室７の内部に配置されている。そして、鏡筒６及び試料室７の内部は、試料１４の観察時において、図示しない排気手段により真空引きされる。
【００２７】
試料室７の外側面には、Ｚ方向ステージ１６ｃと連結された昇降機構１８が設けられている。そして、昇降機構１８の昇降動作によりＺ方向ステージ１６ｃが昇降し、これにより試料ステージ１６が、試料ホルダ１５及び試料１４とともに昇降する。なお、試料室７は、ベースプレート１９の上に置かれている。
【００２８】
さらに、電子光学系５を構成する対物レンズ４と試料ステージ１６との間であって、対物レンズ４に接近する位置には、電子ビーム２１が通過するための開口部３１ａが形成された電極板３１が配置されている。そして、この電極板３１の両端部は、それぞれ支持機構３０によって支持されている。すなわち、電極板３１の両側には２つの支持機構３０ａ，３０ｂが設けられており、これらにより電極板３１全体が支持されることとなる。
【００２９】
なお、試料１４を収容する試料ホルダ１５が試料室７内の試料ステージ１６上に載置され、これにより試料１４の観察を行うことができる状態にある場合には、図１に示すように、試料１４と対物レンズ４との間に電極板３１が配置されることとなる。
【００３０】
ここで、図１において左側に位置する支持機構３０ａの要部を示す拡大図を、図２に示す。同図に示すように、試料ホルダ１５に収容された試料１４と、対物レンズ４におけるポールピース４ａの先端部との間には、電子ビーム２１が通過するための開口部３１を有する電極板３１が設けられている。
【００３１】
そして、電極板３１の左側端部は、支持機構３０ａによって支持されている。この支持機構３０ａは、フランジ部３７と、このフランジ部３７に保持された圧電素子部３３と、この圧電素子部３３に固定された金属製の支持ブロック３２とを有している。
【００３２】
ここで、フランジ部３７は、図１にも示すように、対物レンズ４の周囲に設けられており、固定ネジ３８によって試料室７に取付けられている。そして、フランジ部３７の下面には、絶縁層３４ａを介して圧電素子部３３が保持されている。
【００３３】
圧電素子部３３は、ピエゾ素子からなる圧電素子が積層して構成されており、本実施例においては２層の圧電素子３３ａ，３３ｂからなっている。そして、上側に位置する上側圧電素子３３ａは、絶縁層３４ａを介してフランジ部３７に保持されており、また、下側に位置する下側圧電素子３３ｂは絶縁層３４ｂを介して上側圧電素子３３ａの下面に固定されている。なお、上側圧電素子３３ａは、電極板３１を水平面（電子ビーム２１に対して直交する平面）でのＸ方向に移動させるためのものであり、また、下側圧電素子３３ｂは、電極板３１を水平面でのＹ方向に移動させるためのものである。
【００３４】
さらに、下側圧電素子３３ｂの下面には、絶縁層３４ｃを介して支持ブロック３２の一端部が固定されている。そして、この支持ブロック３２の他端部には、金属製固定ネジ３９によって電極板３１の左側端部が取付けられている。従って、電極板３１は、支持ブロック３２を介して圧電素子部３３によって支持される構成となっている。
【００３５】
ここで、２つの圧電素子３３ａ，３３ｂには、それぞれの圧電素子を電気的に駆動するための駆動電圧を印加するための配線３５ａ，３５ｂが個別に接続されている。また、固定ブロック３２の一端部には、電極板３１に所定の制御電位を印加するための配線３５ｃが接続されている。よって、電極板３１には、配線３５ｃ及び支持ブロック３２を介して制御電位が印加されるようになっている。
上記の各配線３５ａ，３５ｂ，３５ｃにより配線部３５が構成されており、当該配線部３５は保持手段３６によってフランジ部３７の下面に保持され、配線ケーブル４０として取りまとめられている。
【００３６】
なお、上記においては、図１における左側に位置する支持機構３０ａについて説明したが、同図における右側に位置する支持機構３０ｂについても同様の構成となっており、これら２つの支持機構３０ａ，３０ｂによって電極板３１の両側端部が支持されている。
【００３７】
ここで、各支持機構３０ａ，３０ｂに接続された配線ケーブル４０の基端側について説明すると、図１の右側に示すように、配線ケーブル４０の基端部は、試料室７に形成された開口７ａを貫通して、試料室７の側面に設けられたコネクタ４１に接続されている。このコネクタ４１は、試料室７の開口７ａを外側から塞ぐように配置されるとともに、当該開口７ａを気密にシールする。なお、当該コネクタ４１には、試料室７内外を通して動く部材がないので、従来技術である図４に示す試料室１０７におけるシャフト１１０の貫通部よりも遙かに高い気密性が得られる。
試料室７内の配線ケーブル４０は、試料室７外に配置されたコネクタ４１に接続されているため、試料室７外においてこのコネクタ４１にプラグ（図示せず）を接続することにより、当該プラグ、コネクタ４１、及び配線ケーブル４０を介して、圧電素子部３３及び電極板３１にそれぞれ電圧（電位）が供給される。
【００３８】
図２に示すように、対物レンズ４を通過し、電極板３１の開口部３１ａを通った電子ビーム２１は、試料ホルダ１５に収容された試料１４に照射される。
そして、電子ビーム２１が照射された試料１４からは、２次電子や反射電子等の被検出電子が発生し、当該被検出電子は図示しない検出器により、試料１４の情報として検出され、電気的な検出データに変換される。その後、当該検出データは、画像処理されて画像信号とされ、ＬＣＤやＣＲＴ等からなる図示しない表示装置に画像表示されて観察が行われ、また、適宜記憶手段（図示せず）に記憶される。
【００３９】
このように、電子ビーム２１が試料１４に照射される際に、試料１４に試料ホルダ１５を介して所定の試料印加電位を印加するとともに、試料１４と対物レンズ４との間に配置された電極板３１に所定の制御電極を印加させることにより、試料１４の観察が良好に行われることがある。例えば、試料１４に所定の負電位に設定された試料印加電位を印加するとともに、電極板３１にも当該試料印加電位と同電位の制御電位を印加して観察を行う。この際に、電極板３１に位置を補正して、電子ビーム２１が電極板３１の開口部３１ａを支障なく通過するように、当該電子ビーム２１と当該開口部３１との位置整合を行う必要がある。
【００４０】
このときに、電極板３１は、その両端部において圧電素子部３３によって支持されているので、圧電素子部３３を構成する各圧電素子３３ａ，３３ｂを電気的に駆動すれば、支持ブロック３２を介して電極板３１が、Ｘ方向及びＹ方向に適宜動くこととなり、電極板３１の位置を補正することができる。
【００４１】
このように、本発明においては、電極板３１が、対物レンズ４の周囲に設けられたフランジ部３７に保持されている圧電素子部３３によって支持されているので、試料室７内において占有スペースが小さくて済む簡易な構成で電極板３１を支持することとなる。
【００４２】
よって、電極板３１を移動させるための駆動手段を試料室７の外側に設ける必要がなく、装置全体の設置スペースが大きくなることがなく、また、試料室７の外周部に設計上での制約が発生することがない。
【００４３】
また、電極板３１は圧電素子部３３の駆動によって移動制御されるので、試料の観察時において電極板３１の位置を適宜補正することが容易となる、
さらに、電極板３１は、試料室７内において、その両側端部が支持機構３０ａ，３０ｂにより支持されるので、従来技術の例のように片持ち状態で支持されることがなく、経時的に垂れ下がることがない。
【００４４】
さらに、試料室７の外側に、試料室７内の電極板３１を移動させるための駆動源を配置していないので、従来技術の例のように、試料室の側壁を貫通するシャフトを設ける必要がなく、試料室７において問題となるリークが発生することがない。
ここで、本発明における変形例を図３に示す。図３は、本発明の変形例における支持機構３０ａの要部を示す拡大図である。同図に示す当該変形例では、支持機構３０ａを構成する圧電素子部３３を３層の積層構造としている。
すなわち、圧電素子部３３は、３層の圧電素子３３ａ，３３ｂ，３３ｃから構成されており、各圧電素子３３ａ，３３ｂ，３３ｃの間には、それぞれ絶縁層が設けられている。そして、上側に位置する上側圧電素子３３ａは、電極板３１を水平面でのＸ方向に移動させるためのものであり、また、中間に位置する中間圧電素子３３ｂは、電極板３１を水平面でのＹ方向に移動させるためのものである。さらに、下側に位置する下側圧電素子３３ｃは、電極板３１を垂直方向（Ｚ方向）に移動させるためのものである。
【００４５】
上記においては、支持機構３０のうち、図１における左側に位置する支持機構３０ａの構成として説明したが、同図における右側に位置する支持機構３０ｂも同様の構成となっており、これら２つの支持機構３０ａ，３０ｂによって電極板３１の両端部が支持される。
【００４６】
このような構成からなる支持機構３０ａ，３０ｂにおいては、圧電素子部３３によって電極板３１を、水平方向のみならず垂直方向にも移動させることができるので、電極板３１の垂直方向位置の補正を行うことができる。
【００４７】
なお、上述の各実施例においては、電極板３１は、両側端部の２箇所で支持機構３０により支持されるものであったが、２箇所に限らず、適宜複数箇所で支持されるようにしてもよい。
また、対物レンズと試料ステージとの間に配置される電極板は１枚の例であったが、複数枚の電極板が対物レンズと試料ステージとの間に配置ものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における荷電粒子ビーム装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明における支持機構の要部を示す拡大図である。
【図３】本発明の変形例における支持機構の要部を示す拡大図である。
【図４】従来技術における荷電粒子ビーム装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１…電子銃（荷電粒子ビーム源）、２…集束レンズ、３…走査コイル、４…対物レンズ、５…照射レンズ系、１４…試料、１５…試料ホルダ、１６…試料ステージ、３０…支持機構、３１…電極板、３１ａ…開口、３３…圧電素子部、３３ａ，３３ｂ…圧電素子、
【図１】
2005032559.tif 000003
【図２】
2005032559.tif 000004
【図３】
2005032559.tif 000005
【図４】
2005032559.tif 000006