走査電子顕微鏡
【課題】ターボ分子ポンプやイオンポンプ、あるいはロータリーポンプなどといった通常入手できる排気系を採用した電子顕微鏡において、希少性の高い対象物の観察または吸着を安全に実行できる装置を実現する。
【解決手段】探針と、試料室内を所定のガスで置換する手段と、イオン電流検出や吸収電流検出による画像化手段を備えることにより、放電の危険性の低い安全なＳＥＭを実現する。また、探針に印加する電圧の極性を制御する手段を設ける。更に、探針への印加電圧値を試料室内の真空度に応じて制御する制御手段を設ける。
【解決手段】探針と、試料室内を所定のガスで置換する手段と、イオン電流検出や吸収電流検出による画像化手段を備えることにより、放電の危険性の低い安全なＳＥＭを実現する。また、探針に印加する電圧の極性を制御する手段を設ける。更に、探針への印加電圧値を試料室内の真空度に応じて制御する制御手段を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉体や微粒子など、粒子形状の試料観察や抽出に適した走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）に関し、特に、吸収電流像の観察機能と上記の粒子形状試料を吸着させる探針とを備えた低真空ＳＥＭに関する。
【背景技術】
【０００２】
探針（プローブ）を用いて種々の機能を実現する装置がある。探針の使用目的は様々であるが、典型的には、半導体集積回路上に形成されたトランジスタの電流電圧特性を測定したり、あるいは、被観察試料上の異物を探針に吸着させて除去することを目的とする場合が多い。このような探針は所定の駆動機構により試料あるいは試料を載置する試料台上を自在に移動できるように構成され、上記の探針駆動機構全体を称してプロービングシステムと呼んでいる。
【０００３】
例えば特許文献１には、半導体検査工程において、プロービングシステムを用いてウェーハあるいはフォトマスク表面の異物を除去する機構を備えた検査装置が開示されている。特許文献１に記載の発明では、プローブと異物間で発生する静電気力により異物をプローブに吸着させ、しかる後に異物が吸着したプローブをウェーハ表面外に移動させて除去する。異物の位置検出はレーザ走査顕微鏡により行われる。これにより、ウェーハ表面の損傷を抑えながら異物一つ一つを確実に除去することができる。
【０００４】
また、特許文献２には、電子顕微鏡を備えた半導体ウェーハやステンシルマスクの異物除去装置が開示されている。特許文献２に開示される異物除去装置は、プローブとして原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）のカンチレバーを備えており、カンチレバーを試料上の機能領域（回路として動作する領域）上の異物に接触させて発生するせん断力により異物をプローブに吸着させ、異物を機能領域外に除去した後に機能領域外でレーザ光や集束イオンビームを異物に照射して異物を固着あるいは除去する。異物の位置検出にはＳＥＭまたは光学顕微鏡を用い、異物の大きさがナノメートルオーダーであればＳＥＭを、ミクロンメートルオーダーであれば光学顕微鏡を用いる。せん断力による異物の付着強度は静電吸着よりも強いため、試料上に強固に付着した異物であっても確実に除去することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２５４８１７号公報（米国特許５６３４２３０）
【特許文献２】特開２００５−３１１３２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
プロービングシステムを用いる目的は、上述のように対象物を吸着させることや、あるいは探針に対象物を吸着させた状態での観察など様々であるが、対象物の位置を何らかの方法で検出して探針に吸着させる工程が必要な点で共通する。
【０００７】
対象物の位置検出にＳＥＭを用いる場合、被観察試料を高真空内に配置する必要があり、従って試料を真空試料室内に配置する必要がある。試料室内の真空度は、観察試料室の大きさと排気系（真空ポンプ）の性能により決定されるが、一般的なＳＥＭでは、観察試料室の真空度は１０-4Ｐａ程度である。ここで、対象物の特性あるいは希少性などの理由により、探針への吸着を大気汚染を極力排除して行いたい場合がある。試料室内の残留ガスをほぼ完全に排除しようとすれば、試料室内の真空度を非常に高くする必要がある。例えば、宇宙空間の真空度はおおよそ１０-8〜１０-11Ｐａ程度であり、通常のＳＥＭ用観察試料室で使用される真空度を遥かに上回っている。
【０００８】
試料室内の到達真空度は排気系の性能と試料室の容積で決まる。ところが、プローブシステムを試料室内に導入するためには、試料室はある程度の大きさが必要であり、試料室内の残留ガスをほぼ完全に排除しようとすれば、極めて高性能かつ高価な排気手段あるいは排気システムが必要となる。
【０００９】
大気汚染を排除した状態での対象物の吸着を安価な排気系を用いて実現するためには、試料室内を窒素やアルゴンガスといった不活性ガスで置換しておけば良い。ところが、２次電子を検出して画像化する通常のＳＥＭでは、２次電子検出器であるシンチレータの先端部に高電圧を印加するため放電の危険性がある。対象物の吸着方式として静電吸着を採用する場合、探針に電圧を印加するため、同様に放電の危険性が生じる。
【００１０】
本発明の目的は、ターボ分子ポンプやイオンポンプ、あるいはロータリーポンプなどといった通常入手できる排気系を採用した電子顕微鏡において、対象物の観察または吸着を安全に実行できる装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明では、上記の課題を解決するため、対象物を配置する試料室内を所定のガスで置換する手段を設け、また低真空雰囲気中で試料像を取得するためにイオン電流検出や吸収電流検出による画像化システムを採用する。対象物を吸着するための方式としては、静電吸着であってもせん断応力を用いる方式のいずれであってもよい。これにより、通常入手できる排気系を採用したＳＥＭで対象物を観察することが可能となる。
【００１２】
また、対象物が希少な場合や脆弱な場合など、吸着方式としてはソフトな吸着が可能な静電吸着方式が好ましい。本発明によれば、静電吸着方式を採用した場合であっても、対象物を安全に吸着できる走査電子顕微鏡が実現可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、低真空下においても放電の危険を生じずに対象物を観察あるいは吸着可能な走査電子顕微鏡が安価に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】低真空走査電子顕微鏡における探針への静電吸着機構の構成図である。
【図２】探針への微粒子の静電吸着プロセスのフローチャート図である。
【図３】探針先端部２本のＳＥＭ画面上での配置概略図である。
【図４】ステージとプローバ機構に設置される干渉防止機構の構成図である。
【図５】図４にて記載した干渉防止機構が実際に作動したときの概略図である。
【図６】干渉防止機構の詳細機能図である。
【図７】探針へ印加する電圧と真空度を自動コントロールする制御機構の構成図である。
【図８】微粒子が探針の先端部以外に吸着した場合に、もう一つの探針にて微粒子を移動させる操作のＳＥＭ画面概略図である。
【図９】プローバの本数が２本の場合の配置上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る走査電子顕微鏡の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１に本実施例の走査電子顕微鏡の全体構成図を示す。本実施例のＳＥＭは大まかには、観察あるいは吸着の対象物となる試料が格納される試料室１，当該試料室１の上部に載置され、上記試料に一次電子ビームを照射する電子光学鏡筒２，ガス増幅されたイオン電流を検出して画像信号に変換する検出系，試料室１の内部を真空排気する排気系，試料室１の内部に置換ガスを供給するガス供給系，装置全体の動作を制御する制御系などにより構成される。
【００１７】
試料室１の内部には、対象物を載置する試料ホルダ４，試料ホルダ４を移動させるステージ５，対象物に吸着させる探針を支持するプローバユニット７が設けられる。本実施例のＳＥＭの試料ホルダは試料載置面が導電性材料により構成されており、後述するイオン電流を検出する機能を備えている。プローバユニット７はプローバベース１０上に設けられており、プローバベース１０上を一軸方向に移動できるように構成されている。プローバユニット７とプローバベース１０とによりプローバ機構系１４が構成される。ステージ５とプローバベース１０の互いに対向する面には干渉防止機構６が設けられているが、詳細は後述する。観察試料室１にはまた、赤外線カメラ９が備えられており、赤外線カメラ用液晶モニタ１２とケーブルで繋がれている。赤外線カメラ９の取得画像は、試料室内での探針と対象物との接触状態を確認するために用いられる。
【００１８】
電子光学鏡筒２には、電子銃，集束レンズ，対物レンズあるいは走査偏向器といった１次電子線の照射制御手段が設けられており、試料ホルダ４上の対象物に対し所望の走査条件で１次電子線を走査する。電子光学鏡筒２の対象物側端部には、１次電子線照射で発生する２次電子が周囲のガス分子と衝突することにより生成されるイオンを試料台方向にドリフトさせるための電界を発生するためのＥＳＥＤ電極３が設けられる。試料台方向にドリフトしたイオンは試料ホルダ４により捕集され、イオン電流として検出される。また、電子光学鏡筒２内にはオリフィス４２が設けられており、これにより電子光学鏡筒２と試料室１の間で差動排気が実現される。
【００１９】
検出系は、イオン電流検出機能を備えた試料ホルダ４，当該試料ホルダ４からの検出電流を増幅する第１アンプ８，可動型ＢＳＥ（後方散乱電子）検出器３７，当該可動型ＢＳＥ検出器３７の検出電流を増幅する第２アンプ３８などにより構成される。第１アンプ８または第２アンプ３８の出力信号はモニタ１３に表示される。
【００２０】
排気系は、試料室１内を真空排気する第１ターボ分子ポンプ３９，電子光学鏡筒２内を真空排気する第２ターボ分子ポンプ４１，第１ターボ分子ポンプ３９および第２ターボ分子ポンプ４に接続され、両者のバックポンプの役割をする第１ロータリーポンプ４０，試料室１内を粗排気する第２ロータリーポンプ４４，第１ターボ分子ポンプ３９と試料室１間の排気経路を開閉する第１バルブ４３，第２ロータリーポンプ４４と試料室１間の排気経路を開閉する第２バルブ４５などにより構成される。
【００２１】
ガス供給系としては、試料室１に置換ガスを供給するガス供給用配管３６が設けられている。ガス供給用配管３６は、所望の置換ガスのガス源（図示せず）に接続される。また、ガス供給用配管３６には試料室１に供給されるガスの流量を制御するためのニードルバルブ１１が設けられており、コントローラ３１により制御される。
【００２２】
制御系は、プローバユニット７に供給するプローバ駆動電流を供給するためのプローバユニット用電源１５，ニードルバルブ１１およびプローバユニット用電源１５を制御するコントローラ３１，装置の動作条件を設定する操作用ＰＣ１６などにより構成される。コントローラ３１は、プロセッサ，メモリおよび前記プロセッサあるいは制御用ＰＣからのデジタル制御信号をニードルバルブ１１およびプローバユニット用電源１５制御用のアナログ信号に変換するデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）を含んで構成される。図示されていないが、操作用ＰＣ１６はマウスなどのポインティングデバイスやキーボードなどの入力手段を備えており、モニタ１３上に表示されるＧＵＩを介して装置の動作条件を設定することが可能である。コントローラ３１とプローバユニット用電源１５，ニードルバルブ１１および操作用ＰＣ１６はケーブルで接続されており、操作用ＰＣ１６から信号がコントローラ３１へと送られて、プローバユニット用電源１５，ニードルバルブ１１が制御される。
【００２３】
図２には、本実施例のＳＥＭにおける対象物の静電吸着までの一連の動作フローチャートを示す。なお以下の説明では、対象物として適当な母材上に乗っている微粒子を例として説明するが、対象物がこれに限られないことはいうまでもない。
【００２４】
Ｓｔｅｐ１では、プローバ機構を低真空ＳＥＭの試料室へ取り付ける。取り付けにあたっては、まず探針をプローバユニット７に取り付け、更にプローバユニット７をプローバベース１０に取り付ける。同時に、試料室１に赤外線カメラ９を取り付ける。赤外線カメラ９の取り付け位置は、試料室１の１次電子線の照射位置が赤外画像のおおむね視野中心となる位置に設けられている。これにより、事前準備が終了する。
【００２５】
Ｓｔｅｐ２では、観察試料の試料室内への導入と試料室１内の真空引きを行う。真空計による測定で試料室内が１０-4Ｐａ程度になると観察が可能となり、この時点でニードルバブル１１を開き、ガス供給用配管３６を介してガス（例えば窒素）を試料室内に導入する。ニードルバブル１１はコントローラ３１により制御されており、試料室１内の真空度（１００〜１０００Ｐａ範囲内の値）が設定値になるように微調整される。到達真空度の設定値は、モニタ１３上に表示されるＧＵＩと操作用ＰＣ１６とにより設定可能である。設定真空度に到達すると、試料ホルダ４が試料室内に導入される。試料ホルダ４の初期位置としては、ホルダの中央部が電子光学鏡筒２の直下に位置するようステージ５を移動させる。試料ホルダ４は、大気汚染を防ぐため、ホルダ４上を専用の蓋で覆い、ホルダ４内部をガスで満たしておき、試料室内に導入後に蓋を外す。このような試料ホルダの導入方法を採用すれば、試料室導入前の試料ホルダ４自身の大気汚染を防ぐことが可能である。
【００２６】
Ｓｔｅｐ３ではプローバユニット７に取り付けられた探針の大まかな位置調整をＸＹＺの３方向について行う。この移動は手動で行うが、モータをつけて自動化することも可能である。調整は、装置使用者が赤外線カメラ９の映像を見ながら、ＸＹ面内の位置調整は、装置使用者が探針が赤外線カメラ９の取得画像の視野内に入るように操作用ＰＣ１６を操作することにより行う。赤外線カメラ９の映像は赤外線カメラ用モニタ１２に表示される。
【００２７】
試料ホルダ４とプローバユニット７が近づいたら、プローバユニット７の探針と試料ホルダ４の表面がなるべく近づくように、ステージ５の高さを調整する。Ｚ方向の微調整はモニタ１３に表示されるＳＥＭ画像にて行うため、Ｓｔｅｐ３で行われる高さ調整は大まかな調整とする。探針が試料ホルダ４に当って損傷しないようにするためである。この場合、探針と試料ホルダ４が干渉して、探針が損傷することを防ぐため、プローバユニット４のＺ方向の移動量と、試料面との距離（高さ）とは計算されており、コントローラ３１はＳｔｅｐ３で実行するプローバ機構の最大移動量を、探針と試料とが接触しない量に制限する。
【００２８】
Ｓｔｅｐ４では、探針のＳＥＭ画像中心への位置調整を行う。Ｓｔｅｐ３で実行する赤外線画像を用いたプローバの位置合わせでは、大まかな位置合わせしか行っていないため、複数本の探針の先端はＳＥＭ画像上では視野中心に位置していないためである。プローバはμｍ精度で移動させることが可能なので、中心に合わせこむのに困難は生じない。この作業は装置使用者がマニュアル操作で行うがコントローラ３１による自動実行も可能である。
【００２９】
赤外線カメラ９の映像で、プローバユニット７と試料ホルダ４が近づいたのが確認できたら、電子線を試料に照射して、ＳＥＭ画像をモニタ１３に映す。この際、試料室１は低真空となっているため、高電圧を印加する通常の２次電子検出器は放電のため使用できない。そこで、２次電子像ライクな画像を得られるイオン電流画像を撮像しモニタ１３に画像として映す。２次電子起因のイオン電流は試料ホルダ４で検出され、更にアンプ８で増幅された後モニタ１３に表示させる。
【００３０】
図３には、２本の探針が視野内に入った状態のＳＥＭ像の一例を示す。微粒子の吸着作業では、複数の探針を用いることが望ましく、最低でも２本の探針を用いる。例えば、図８に示すように探針１９の先端部よりずれた位置に微粒子３０が吸着した場合、微粒子のスムーズな運搬に支障をきたす。探針が複数本（例えば２）あれば、もう一方の探針１８によって微粒子３０を移動させることができる。従って探針の本数は複数であることが望ましい。
【００３１】
プローバ機構系１４は、ケーブルにより専用電源（プローバユニット用電源１５）に接続されており、操作用ＰＣ１６で操作可能である。操作者は、図３に示すようにＳＥＭ画像上で探針が視野中心に来るようにプローバユニット７を移動する。図３に示す２本のプローバの場合、探針の先端１８と１９が、ＳＥＭ画面１７上で互いに干渉しないように調整する。
【００３２】
Ｓｔｅｐ５では、探針の高さの微調整を実行する。この作業は微調整であるため装置使用者がマニュアル操作で行う。Ｓｔｅｐ５では、探針は試料に接触させずに、ＳＥＭ画像での作動距離（ＷＤ）内で焦点が合うように浮かせておく。
【００３３】
Ｓｔｅｐ６では、ステージを移動させて、目的微粒子を探索する。プローブユニット７側ではなくステージを移動させることにより探針は常に画像中心に維持され、図３に示すように、常にＳＥＭ画像の視野中心位置（すなわち光軸中心位置）にて吸着を行うことが可能となる。
【００３４】
ここで、ステージ５を移動させる際にプローバユニット７と試料ホルダ４（あるいはステージ５）の干渉、すなわち衝突が問題となる。これを回避するため、通常はステージ５の最大移動量をプローバユニット７と干渉を起こさない範囲内に制限している。微粒子が最大移動量より外の位置にある場合、Ｓｔｅｐ６の実行時に微粒子を発見することが難しくなる。よってステージ５とプローバユニット７の双方に干渉防止機構６（図１に図示）を取り付ける。
【００３５】
図４，図５に干渉防止機構６の詳細と動作を示す。干渉防止機構６は、プローバベース１０に設置されるプローバユニット側干渉防止部材２１とステージ５に設置されるステージ側干渉防止部材２２の２つにより構成される。プローバユニット側干渉防止部材２１は、プローバベース１０上を移動可能で、プローバユニット７は、プローバユニット側干渉防止部材２１の上に設置される。今、図４に示す矢印の方向（紙面左方向）にステージ５を移動させるとき、ステージ側干渉防止部材２２の先端部材２３はステージ５よりも外側に出るため、ステージ５よりも先にプローバ機構１４と干渉する。このとき、先端部材２３はプローバユニット側干渉防止部材２１と干渉し、プローバユニット側干渉防止部材２１は先端部材２３に押されてプローバベース１０の後方（紙面左方向）に移動する。
【００３６】
図５には、プローバユニット側干渉防止部材２１が先端部材２３に押されてプローバベース１０の後方に移動した様子を示す。プローバユニット側干渉防止部材２１が移動することによりプローバユニット側干渉防止部材２上に固定されているプローバユニット７も同時に移動することになり、ステージ５とプローバユニット７の干渉は避けられる。
【００３７】
図６には、プローバユニット側干渉防止部材２１の詳細を示す。プローバベース１０上を移動可能なようにスライドさせるレールとなる土台（スライドベース下側部材２４）が設置され、その上にスライドベース上側部材２５が設置されている。スライドベース上側部材２５はレール形状に沿った溝を備えており、当該溝とレールがはめ合わされることで、スライドベース下側部材２４とスライドベース上側部材２５とが組み合わされる。
【００３８】
また図６の右側図に示すように、スライドベース上側部材２５には、バネ２７が巻かれた支柱２８と、当該支柱２８をスライドベース上側部材２５に対して固定する支え棒２６とを備える。先端部材２３がスライドベース上側部材２５に当ると、スライドベース上側部材２５は２４のレールをガイドとして、後方へ移動する。ステージ５が止まると先端部材２３も止まり、スライドベース上側部材２５は、先端部材２３の押す力とバネ２７の復元力のつりあいにより固定される。先端部材２３の押す力と同等程度の復元力になるように、バネ定数の適切なものが、バネ２７に選定される。
【００３９】
次にステージ５が逆方向に移動すると、先端部材２３はスライドベース上側部材２５から離れていき、それに伴いバネ２７の復元力により、スライドベース上側部材２５はレール上を逆方向に移動し、元の位置に戻る。干渉防止可能な最大距離は、先端部材２３の長さとスライドベース上側部材２５と支え棒２６間の距離によって決まる。この距離は、ステージ５の移動量が試料ホルダ４上の全域をカバー可能なように決定される。このような機構により、ステージ５の移動量は、プローバユニット７との干渉を起こさずに、試料ホルダ４の全域をカバーすることが可能となる。
【００４０】
ステージ移動により目的の微粒子を見つけたら、探針に電圧を印加して探針を対象物に接触させる（Ｓｔｅｐ７）。この際、目的微粒子をＳＥＭ画像の中心に移動させた後、探針に電圧を印加して探針を微粒子近傍まで移動させる。探針ではなくステージ５をＺ方向に移動させて探針を接触させてもよい。ここで、探針を移動させる場合は目的微粒子側に、ステージを移動させる場合には探針側にＳＥＭ画像の焦点を合わせ、移動側が焦点深度内に入ってくるように移動させる。
【００４１】
ここで、目的微粒子を静電吸着させる際の探針への印加電圧の極性制御について説明する。対象物を静電気力によって吸着させる場合、探針に印加する電圧と対象物が持つ電荷の極性が同じになった場合、吸着力ではなく反発力が生じるため、吸着ができない。そこで、対象物の帯電状態に合わせて探針への印加電圧の極性を制御する必要がある。そこで本実施例ではプローバユニット用電源１５に極性切り替えスイッチを設けて、微粒子３０の帯電状態に合わせて、印加電圧の極性を変えることを可能とした。
【００４２】
図７に探針先端部への印加電圧制御の詳細を示す。プローバユニット用電源１５から探針２０に印加される電圧値はコントローラ３１により制御される。一方、プローバユニット用電源１５には切り替えスイッチ２９が設けられており、コントローラ３１からの制御信号によって探針２０への印加電圧を正負に切り替えられるようになっている。正負の切換は装置使用者がマニュアル操作で行うため、本実施例のＳＥＭではモニタ１３に表示されるＧＵＩ上に探針２０へ印加する電圧の極性を設定あるいは変更する操作画面が表示されるようになっている。この表示動作は操作用ＰＣ１６により実行される。
【００４３】
試料室１は、大気による微粒子の汚染を避けるためにガスで満たされている。従って、高すぎる電圧を探針２０に印加すると、放電の危険が生じる。そこで本実施例のＳＥＭでは、ＳＥＭの動作条件として想定される真空度に対して放電が起こらない印加電圧の値を予め測定し、真空度に応じた探針への印加電圧値をテーブル化してコントローラ３１内のメモリに格納している。コントローラ３１は、図７に示すテーブル３２に従い、探針２０に印加する電圧値を制御している。更に、コントローラ３１はニードルバルブ１１を制御することでガス供給用配管３６内の流量も制御している。例えば、ガス源の圧力が突発的に変動した場合など、コントローラ３１はニードルバルブ１１に付随する流量計の計測値を読み取り、現在探針に印加中の電圧値で放電が起きないようにニードルバルブ１１の開閉量を制御する。あるいは、コントローラ３１は試料室内１内の設定真空度とテーブル３２を対比し、探針２０に印加する電圧を放電が起きないような値に自動調整する。このようにコントローラ３１がニードルバルブ１１と探針２０への印加電圧を連動して制御することで、放電の危険のない安全な対象物の吸着が可能となる。
【００４４】
Ｓｔｅｐ８では吸着判定を行う。探針に目的微粒子が吸着するとＳＥＭ画像の明るさが変化するので、吸着判定はＳＥＭ画像の明るさ変化を目視確認して行う。明るさの変化が確認できなかった場合は、Ｓｔｅｐ７に戻って再度Ｓｔｅｐ８の動作を繰り返す。
【００４５】
目的微粒子の吸着が確認されれば、微粒子が吸着された探針をステージ移動により所定位置まで移動させる（Ｓｔｅｐ９）。探針を移動させると、振動等により微粒子が取れる可能性があるため、探針への電圧は印加したままステージを移動させる。
【００４６】
探針が所定位置まで移動したら探針への電圧印加を切り、微粒子を探針より取る（Ｓｔｅｐ１０）。
【００４７】
図９には、プローバユニット７の配置詳細を示す。図９は、図１に示すＳＥＭの上面図であり、電子光学鏡筒２より試料室１を見た図である。プローバユニット３４と３５は互いに電子光学鏡筒２に対して直交するように配置され、プローバの探針が中心線と合うように調整される。この作業は、図２のＳｔｅｐ４，５で実行される。探針２０に微粒子３０が静電吸着したことがＳＥＭ画面１７上にて確認できたら、ステージ５を移動させて、所定の場所まで微粒子３０を運ぶ。ステージ５を所定の位置まで移動させた後、プローバユニット７を試料ホルダ４の近傍まで移動させて、操作用ＰＣ１６にて、探針２０に印加した電圧を切る。微粒子３０が所定の位置に置かれたことを確認し、探針２０は試料ホルダ４から離し、作業完了となる。上記のプロセスにより、低真空ＳＥＭにて静電吸着により微粒子を探針に吸着させ、運搬することが可能となる。
【符号の説明】
【００４８】
１ 試料室
２ 電子光学鏡筒
３ ガス増幅検出器（ＥＳＥＤ電極）
４ 試料ホルダ
５ ステージ
６ 干渉防止機構
７ プローバユニット
８ 第１アンプ
９ 赤外線カメラ
１０ プローバベース
１１ ニードルバルブ
１２ 赤外線カメラ用モニタ
１３ モニタ
１４ プローバ機構系
１５ プローバユニット用電源
１６ 操作用ＰＣ
１７ ＳＥＭ画面
１８ 探針１先端部
１９ 探針２先端部
２０ 探針
２１ プローバユニット側干渉防止部材
２２ ステージ側干渉防止部材
２３ 先端部材
２４ スライドベース下側部材
２５ スライドベース上側部材
２６ 支え棒
２７ バネ
２８ 支柱
２９ 切り替えスイッチ
３０ 微粒子
３１ コントローラ
３２ 真空度−電圧値テーブル
３４ プローバユニット１
３５ プローバユニット２
３６ ガス供給用配管
３８ 第２アンプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉体や微粒子など、粒子形状の試料観察や抽出に適した走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）に関し、特に、吸収電流像の観察機能と上記の粒子形状試料を吸着させる探針とを備えた低真空ＳＥＭに関する。
【背景技術】
【０００２】
探針（プローブ）を用いて種々の機能を実現する装置がある。探針の使用目的は様々であるが、典型的には、半導体集積回路上に形成されたトランジスタの電流電圧特性を測定したり、あるいは、被観察試料上の異物を探針に吸着させて除去することを目的とする場合が多い。このような探針は所定の駆動機構により試料あるいは試料を載置する試料台上を自在に移動できるように構成され、上記の探針駆動機構全体を称してプロービングシステムと呼んでいる。
【０００３】
例えば特許文献１には、半導体検査工程において、プロービングシステムを用いてウェーハあるいはフォトマスク表面の異物を除去する機構を備えた検査装置が開示されている。特許文献１に記載の発明では、プローブと異物間で発生する静電気力により異物をプローブに吸着させ、しかる後に異物が吸着したプローブをウェーハ表面外に移動させて除去する。異物の位置検出はレーザ走査顕微鏡により行われる。これにより、ウェーハ表面の損傷を抑えながら異物一つ一つを確実に除去することができる。
【０００４】
また、特許文献２には、電子顕微鏡を備えた半導体ウェーハやステンシルマスクの異物除去装置が開示されている。特許文献２に開示される異物除去装置は、プローブとして原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）のカンチレバーを備えており、カンチレバーを試料上の機能領域（回路として動作する領域）上の異物に接触させて発生するせん断力により異物をプローブに吸着させ、異物を機能領域外に除去した後に機能領域外でレーザ光や集束イオンビームを異物に照射して異物を固着あるいは除去する。異物の位置検出にはＳＥＭまたは光学顕微鏡を用い、異物の大きさがナノメートルオーダーであればＳＥＭを、ミクロンメートルオーダーであれば光学顕微鏡を用いる。せん断力による異物の付着強度は静電吸着よりも強いため、試料上に強固に付着した異物であっても確実に除去することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２５４８１７号公報（米国特許５６３４２３０）
【特許文献２】特開２００５−３１１３２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
プロービングシステムを用いる目的は、上述のように対象物を吸着させることや、あるいは探針に対象物を吸着させた状態での観察など様々であるが、対象物の位置を何らかの方法で検出して探針に吸着させる工程が必要な点で共通する。
【０００７】
対象物の位置検出にＳＥＭを用いる場合、被観察試料を高真空内に配置する必要があり、従って試料を真空試料室内に配置する必要がある。試料室内の真空度は、観察試料室の大きさと排気系（真空ポンプ）の性能により決定されるが、一般的なＳＥＭでは、観察試料室の真空度は１０-4Ｐａ程度である。ここで、対象物の特性あるいは希少性などの理由により、探針への吸着を大気汚染を極力排除して行いたい場合がある。試料室内の残留ガスをほぼ完全に排除しようとすれば、試料室内の真空度を非常に高くする必要がある。例えば、宇宙空間の真空度はおおよそ１０-8〜１０-11Ｐａ程度であり、通常のＳＥＭ用観察試料室で使用される真空度を遥かに上回っている。
【０００８】
試料室内の到達真空度は排気系の性能と試料室の容積で決まる。ところが、プローブシステムを試料室内に導入するためには、試料室はある程度の大きさが必要であり、試料室内の残留ガスをほぼ完全に排除しようとすれば、極めて高性能かつ高価な排気手段あるいは排気システムが必要となる。
【０００９】
大気汚染を排除した状態での対象物の吸着を安価な排気系を用いて実現するためには、試料室内を窒素やアルゴンガスといった不活性ガスで置換しておけば良い。ところが、２次電子を検出して画像化する通常のＳＥＭでは、２次電子検出器であるシンチレータの先端部に高電圧を印加するため放電の危険性がある。対象物の吸着方式として静電吸着を採用する場合、探針に電圧を印加するため、同様に放電の危険性が生じる。
【００１０】
本発明の目的は、ターボ分子ポンプやイオンポンプ、あるいはロータリーポンプなどといった通常入手できる排気系を採用した電子顕微鏡において、対象物の観察または吸着を安全に実行できる装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明では、上記の課題を解決するため、対象物を配置する試料室内を所定のガスで置換する手段を設け、また低真空雰囲気中で試料像を取得するためにイオン電流検出や吸収電流検出による画像化システムを採用する。対象物を吸着するための方式としては、静電吸着であってもせん断応力を用いる方式のいずれであってもよい。これにより、通常入手できる排気系を採用したＳＥＭで対象物を観察することが可能となる。
【００１２】
また、対象物が希少な場合や脆弱な場合など、吸着方式としてはソフトな吸着が可能な静電吸着方式が好ましい。本発明によれば、静電吸着方式を採用した場合であっても、対象物を安全に吸着できる走査電子顕微鏡が実現可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、低真空下においても放電の危険を生じずに対象物を観察あるいは吸着可能な走査電子顕微鏡が安価に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】低真空走査電子顕微鏡における探針への静電吸着機構の構成図である。
【図２】探針への微粒子の静電吸着プロセスのフローチャート図である。
【図３】探針先端部２本のＳＥＭ画面上での配置概略図である。
【図４】ステージとプローバ機構に設置される干渉防止機構の構成図である。
【図５】図４にて記載した干渉防止機構が実際に作動したときの概略図である。
【図６】干渉防止機構の詳細機能図である。
【図７】探針へ印加する電圧と真空度を自動コントロールする制御機構の構成図である。
【図８】微粒子が探針の先端部以外に吸着した場合に、もう一つの探針にて微粒子を移動させる操作のＳＥＭ画面概略図である。
【図９】プローバの本数が２本の場合の配置上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る走査電子顕微鏡の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１に本実施例の走査電子顕微鏡の全体構成図を示す。本実施例のＳＥＭは大まかには、観察あるいは吸着の対象物となる試料が格納される試料室１，当該試料室１の上部に載置され、上記試料に一次電子ビームを照射する電子光学鏡筒２，ガス増幅されたイオン電流を検出して画像信号に変換する検出系，試料室１の内部を真空排気する排気系，試料室１の内部に置換ガスを供給するガス供給系，装置全体の動作を制御する制御系などにより構成される。
【００１７】
試料室１の内部には、対象物を載置する試料ホルダ４，試料ホルダ４を移動させるステージ５，対象物に吸着させる探針を支持するプローバユニット７が設けられる。本実施例のＳＥＭの試料ホルダは試料載置面が導電性材料により構成されており、後述するイオン電流を検出する機能を備えている。プローバユニット７はプローバベース１０上に設けられており、プローバベース１０上を一軸方向に移動できるように構成されている。プローバユニット７とプローバベース１０とによりプローバ機構系１４が構成される。ステージ５とプローバベース１０の互いに対向する面には干渉防止機構６が設けられているが、詳細は後述する。観察試料室１にはまた、赤外線カメラ９が備えられており、赤外線カメラ用液晶モニタ１２とケーブルで繋がれている。赤外線カメラ９の取得画像は、試料室内での探針と対象物との接触状態を確認するために用いられる。
【００１８】
電子光学鏡筒２には、電子銃，集束レンズ，対物レンズあるいは走査偏向器といった１次電子線の照射制御手段が設けられており、試料ホルダ４上の対象物に対し所望の走査条件で１次電子線を走査する。電子光学鏡筒２の対象物側端部には、１次電子線照射で発生する２次電子が周囲のガス分子と衝突することにより生成されるイオンを試料台方向にドリフトさせるための電界を発生するためのＥＳＥＤ電極３が設けられる。試料台方向にドリフトしたイオンは試料ホルダ４により捕集され、イオン電流として検出される。また、電子光学鏡筒２内にはオリフィス４２が設けられており、これにより電子光学鏡筒２と試料室１の間で差動排気が実現される。
【００１９】
検出系は、イオン電流検出機能を備えた試料ホルダ４，当該試料ホルダ４からの検出電流を増幅する第１アンプ８，可動型ＢＳＥ（後方散乱電子）検出器３７，当該可動型ＢＳＥ検出器３７の検出電流を増幅する第２アンプ３８などにより構成される。第１アンプ８または第２アンプ３８の出力信号はモニタ１３に表示される。
【００２０】
排気系は、試料室１内を真空排気する第１ターボ分子ポンプ３９，電子光学鏡筒２内を真空排気する第２ターボ分子ポンプ４１，第１ターボ分子ポンプ３９および第２ターボ分子ポンプ４に接続され、両者のバックポンプの役割をする第１ロータリーポンプ４０，試料室１内を粗排気する第２ロータリーポンプ４４，第１ターボ分子ポンプ３９と試料室１間の排気経路を開閉する第１バルブ４３，第２ロータリーポンプ４４と試料室１間の排気経路を開閉する第２バルブ４５などにより構成される。
【００２１】
ガス供給系としては、試料室１に置換ガスを供給するガス供給用配管３６が設けられている。ガス供給用配管３６は、所望の置換ガスのガス源（図示せず）に接続される。また、ガス供給用配管３６には試料室１に供給されるガスの流量を制御するためのニードルバルブ１１が設けられており、コントローラ３１により制御される。
【００２２】
制御系は、プローバユニット７に供給するプローバ駆動電流を供給するためのプローバユニット用電源１５，ニードルバルブ１１およびプローバユニット用電源１５を制御するコントローラ３１，装置の動作条件を設定する操作用ＰＣ１６などにより構成される。コントローラ３１は、プロセッサ，メモリおよび前記プロセッサあるいは制御用ＰＣからのデジタル制御信号をニードルバルブ１１およびプローバユニット用電源１５制御用のアナログ信号に変換するデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）を含んで構成される。図示されていないが、操作用ＰＣ１６はマウスなどのポインティングデバイスやキーボードなどの入力手段を備えており、モニタ１３上に表示されるＧＵＩを介して装置の動作条件を設定することが可能である。コントローラ３１とプローバユニット用電源１５，ニードルバルブ１１および操作用ＰＣ１６はケーブルで接続されており、操作用ＰＣ１６から信号がコントローラ３１へと送られて、プローバユニット用電源１５，ニードルバルブ１１が制御される。
【００２３】
図２には、本実施例のＳＥＭにおける対象物の静電吸着までの一連の動作フローチャートを示す。なお以下の説明では、対象物として適当な母材上に乗っている微粒子を例として説明するが、対象物がこれに限られないことはいうまでもない。
【００２４】
Ｓｔｅｐ１では、プローバ機構を低真空ＳＥＭの試料室へ取り付ける。取り付けにあたっては、まず探針をプローバユニット７に取り付け、更にプローバユニット７をプローバベース１０に取り付ける。同時に、試料室１に赤外線カメラ９を取り付ける。赤外線カメラ９の取り付け位置は、試料室１の１次電子線の照射位置が赤外画像のおおむね視野中心となる位置に設けられている。これにより、事前準備が終了する。
【００２５】
Ｓｔｅｐ２では、観察試料の試料室内への導入と試料室１内の真空引きを行う。真空計による測定で試料室内が１０-4Ｐａ程度になると観察が可能となり、この時点でニードルバブル１１を開き、ガス供給用配管３６を介してガス（例えば窒素）を試料室内に導入する。ニードルバブル１１はコントローラ３１により制御されており、試料室１内の真空度（１００〜１０００Ｐａ範囲内の値）が設定値になるように微調整される。到達真空度の設定値は、モニタ１３上に表示されるＧＵＩと操作用ＰＣ１６とにより設定可能である。設定真空度に到達すると、試料ホルダ４が試料室内に導入される。試料ホルダ４の初期位置としては、ホルダの中央部が電子光学鏡筒２の直下に位置するようステージ５を移動させる。試料ホルダ４は、大気汚染を防ぐため、ホルダ４上を専用の蓋で覆い、ホルダ４内部をガスで満たしておき、試料室内に導入後に蓋を外す。このような試料ホルダの導入方法を採用すれば、試料室導入前の試料ホルダ４自身の大気汚染を防ぐことが可能である。
【００２６】
Ｓｔｅｐ３ではプローバユニット７に取り付けられた探針の大まかな位置調整をＸＹＺの３方向について行う。この移動は手動で行うが、モータをつけて自動化することも可能である。調整は、装置使用者が赤外線カメラ９の映像を見ながら、ＸＹ面内の位置調整は、装置使用者が探針が赤外線カメラ９の取得画像の視野内に入るように操作用ＰＣ１６を操作することにより行う。赤外線カメラ９の映像は赤外線カメラ用モニタ１２に表示される。
【００２７】
試料ホルダ４とプローバユニット７が近づいたら、プローバユニット７の探針と試料ホルダ４の表面がなるべく近づくように、ステージ５の高さを調整する。Ｚ方向の微調整はモニタ１３に表示されるＳＥＭ画像にて行うため、Ｓｔｅｐ３で行われる高さ調整は大まかな調整とする。探針が試料ホルダ４に当って損傷しないようにするためである。この場合、探針と試料ホルダ４が干渉して、探針が損傷することを防ぐため、プローバユニット４のＺ方向の移動量と、試料面との距離（高さ）とは計算されており、コントローラ３１はＳｔｅｐ３で実行するプローバ機構の最大移動量を、探針と試料とが接触しない量に制限する。
【００２８】
Ｓｔｅｐ４では、探針のＳＥＭ画像中心への位置調整を行う。Ｓｔｅｐ３で実行する赤外線画像を用いたプローバの位置合わせでは、大まかな位置合わせしか行っていないため、複数本の探針の先端はＳＥＭ画像上では視野中心に位置していないためである。プローバはμｍ精度で移動させることが可能なので、中心に合わせこむのに困難は生じない。この作業は装置使用者がマニュアル操作で行うがコントローラ３１による自動実行も可能である。
【００２９】
赤外線カメラ９の映像で、プローバユニット７と試料ホルダ４が近づいたのが確認できたら、電子線を試料に照射して、ＳＥＭ画像をモニタ１３に映す。この際、試料室１は低真空となっているため、高電圧を印加する通常の２次電子検出器は放電のため使用できない。そこで、２次電子像ライクな画像を得られるイオン電流画像を撮像しモニタ１３に画像として映す。２次電子起因のイオン電流は試料ホルダ４で検出され、更にアンプ８で増幅された後モニタ１３に表示させる。
【００３０】
図３には、２本の探針が視野内に入った状態のＳＥＭ像の一例を示す。微粒子の吸着作業では、複数の探針を用いることが望ましく、最低でも２本の探針を用いる。例えば、図８に示すように探針１９の先端部よりずれた位置に微粒子３０が吸着した場合、微粒子のスムーズな運搬に支障をきたす。探針が複数本（例えば２）あれば、もう一方の探針１８によって微粒子３０を移動させることができる。従って探針の本数は複数であることが望ましい。
【００３１】
プローバ機構系１４は、ケーブルにより専用電源（プローバユニット用電源１５）に接続されており、操作用ＰＣ１６で操作可能である。操作者は、図３に示すようにＳＥＭ画像上で探針が視野中心に来るようにプローバユニット７を移動する。図３に示す２本のプローバの場合、探針の先端１８と１９が、ＳＥＭ画面１７上で互いに干渉しないように調整する。
【００３２】
Ｓｔｅｐ５では、探針の高さの微調整を実行する。この作業は微調整であるため装置使用者がマニュアル操作で行う。Ｓｔｅｐ５では、探針は試料に接触させずに、ＳＥＭ画像での作動距離（ＷＤ）内で焦点が合うように浮かせておく。
【００３３】
Ｓｔｅｐ６では、ステージを移動させて、目的微粒子を探索する。プローブユニット７側ではなくステージを移動させることにより探針は常に画像中心に維持され、図３に示すように、常にＳＥＭ画像の視野中心位置（すなわち光軸中心位置）にて吸着を行うことが可能となる。
【００３４】
ここで、ステージ５を移動させる際にプローバユニット７と試料ホルダ４（あるいはステージ５）の干渉、すなわち衝突が問題となる。これを回避するため、通常はステージ５の最大移動量をプローバユニット７と干渉を起こさない範囲内に制限している。微粒子が最大移動量より外の位置にある場合、Ｓｔｅｐ６の実行時に微粒子を発見することが難しくなる。よってステージ５とプローバユニット７の双方に干渉防止機構６（図１に図示）を取り付ける。
【００３５】
図４，図５に干渉防止機構６の詳細と動作を示す。干渉防止機構６は、プローバベース１０に設置されるプローバユニット側干渉防止部材２１とステージ５に設置されるステージ側干渉防止部材２２の２つにより構成される。プローバユニット側干渉防止部材２１は、プローバベース１０上を移動可能で、プローバユニット７は、プローバユニット側干渉防止部材２１の上に設置される。今、図４に示す矢印の方向（紙面左方向）にステージ５を移動させるとき、ステージ側干渉防止部材２２の先端部材２３はステージ５よりも外側に出るため、ステージ５よりも先にプローバ機構１４と干渉する。このとき、先端部材２３はプローバユニット側干渉防止部材２１と干渉し、プローバユニット側干渉防止部材２１は先端部材２３に押されてプローバベース１０の後方（紙面左方向）に移動する。
【００３６】
図５には、プローバユニット側干渉防止部材２１が先端部材２３に押されてプローバベース１０の後方に移動した様子を示す。プローバユニット側干渉防止部材２１が移動することによりプローバユニット側干渉防止部材２上に固定されているプローバユニット７も同時に移動することになり、ステージ５とプローバユニット７の干渉は避けられる。
【００３７】
図６には、プローバユニット側干渉防止部材２１の詳細を示す。プローバベース１０上を移動可能なようにスライドさせるレールとなる土台（スライドベース下側部材２４）が設置され、その上にスライドベース上側部材２５が設置されている。スライドベース上側部材２５はレール形状に沿った溝を備えており、当該溝とレールがはめ合わされることで、スライドベース下側部材２４とスライドベース上側部材２５とが組み合わされる。
【００３８】
また図６の右側図に示すように、スライドベース上側部材２５には、バネ２７が巻かれた支柱２８と、当該支柱２８をスライドベース上側部材２５に対して固定する支え棒２６とを備える。先端部材２３がスライドベース上側部材２５に当ると、スライドベース上側部材２５は２４のレールをガイドとして、後方へ移動する。ステージ５が止まると先端部材２３も止まり、スライドベース上側部材２５は、先端部材２３の押す力とバネ２７の復元力のつりあいにより固定される。先端部材２３の押す力と同等程度の復元力になるように、バネ定数の適切なものが、バネ２７に選定される。
【００３９】
次にステージ５が逆方向に移動すると、先端部材２３はスライドベース上側部材２５から離れていき、それに伴いバネ２７の復元力により、スライドベース上側部材２５はレール上を逆方向に移動し、元の位置に戻る。干渉防止可能な最大距離は、先端部材２３の長さとスライドベース上側部材２５と支え棒２６間の距離によって決まる。この距離は、ステージ５の移動量が試料ホルダ４上の全域をカバー可能なように決定される。このような機構により、ステージ５の移動量は、プローバユニット７との干渉を起こさずに、試料ホルダ４の全域をカバーすることが可能となる。
【００４０】
ステージ移動により目的の微粒子を見つけたら、探針に電圧を印加して探針を対象物に接触させる（Ｓｔｅｐ７）。この際、目的微粒子をＳＥＭ画像の中心に移動させた後、探針に電圧を印加して探針を微粒子近傍まで移動させる。探針ではなくステージ５をＺ方向に移動させて探針を接触させてもよい。ここで、探針を移動させる場合は目的微粒子側に、ステージを移動させる場合には探針側にＳＥＭ画像の焦点を合わせ、移動側が焦点深度内に入ってくるように移動させる。
【００４１】
ここで、目的微粒子を静電吸着させる際の探針への印加電圧の極性制御について説明する。対象物を静電気力によって吸着させる場合、探針に印加する電圧と対象物が持つ電荷の極性が同じになった場合、吸着力ではなく反発力が生じるため、吸着ができない。そこで、対象物の帯電状態に合わせて探針への印加電圧の極性を制御する必要がある。そこで本実施例ではプローバユニット用電源１５に極性切り替えスイッチを設けて、微粒子３０の帯電状態に合わせて、印加電圧の極性を変えることを可能とした。
【００４２】
図７に探針先端部への印加電圧制御の詳細を示す。プローバユニット用電源１５から探針２０に印加される電圧値はコントローラ３１により制御される。一方、プローバユニット用電源１５には切り替えスイッチ２９が設けられており、コントローラ３１からの制御信号によって探針２０への印加電圧を正負に切り替えられるようになっている。正負の切換は装置使用者がマニュアル操作で行うため、本実施例のＳＥＭではモニタ１３に表示されるＧＵＩ上に探針２０へ印加する電圧の極性を設定あるいは変更する操作画面が表示されるようになっている。この表示動作は操作用ＰＣ１６により実行される。
【００４３】
試料室１は、大気による微粒子の汚染を避けるためにガスで満たされている。従って、高すぎる電圧を探針２０に印加すると、放電の危険が生じる。そこで本実施例のＳＥＭでは、ＳＥＭの動作条件として想定される真空度に対して放電が起こらない印加電圧の値を予め測定し、真空度に応じた探針への印加電圧値をテーブル化してコントローラ３１内のメモリに格納している。コントローラ３１は、図７に示すテーブル３２に従い、探針２０に印加する電圧値を制御している。更に、コントローラ３１はニードルバルブ１１を制御することでガス供給用配管３６内の流量も制御している。例えば、ガス源の圧力が突発的に変動した場合など、コントローラ３１はニードルバルブ１１に付随する流量計の計測値を読み取り、現在探針に印加中の電圧値で放電が起きないようにニードルバルブ１１の開閉量を制御する。あるいは、コントローラ３１は試料室内１内の設定真空度とテーブル３２を対比し、探針２０に印加する電圧を放電が起きないような値に自動調整する。このようにコントローラ３１がニードルバルブ１１と探針２０への印加電圧を連動して制御することで、放電の危険のない安全な対象物の吸着が可能となる。
【００４４】
Ｓｔｅｐ８では吸着判定を行う。探針に目的微粒子が吸着するとＳＥＭ画像の明るさが変化するので、吸着判定はＳＥＭ画像の明るさ変化を目視確認して行う。明るさの変化が確認できなかった場合は、Ｓｔｅｐ７に戻って再度Ｓｔｅｐ８の動作を繰り返す。
【００４５】
目的微粒子の吸着が確認されれば、微粒子が吸着された探針をステージ移動により所定位置まで移動させる（Ｓｔｅｐ９）。探針を移動させると、振動等により微粒子が取れる可能性があるため、探針への電圧は印加したままステージを移動させる。
【００４６】
探針が所定位置まで移動したら探針への電圧印加を切り、微粒子を探針より取る（Ｓｔｅｐ１０）。
【００４７】
図９には、プローバユニット７の配置詳細を示す。図９は、図１に示すＳＥＭの上面図であり、電子光学鏡筒２より試料室１を見た図である。プローバユニット３４と３５は互いに電子光学鏡筒２に対して直交するように配置され、プローバの探針が中心線と合うように調整される。この作業は、図２のＳｔｅｐ４，５で実行される。探針２０に微粒子３０が静電吸着したことがＳＥＭ画面１７上にて確認できたら、ステージ５を移動させて、所定の場所まで微粒子３０を運ぶ。ステージ５を所定の位置まで移動させた後、プローバユニット７を試料ホルダ４の近傍まで移動させて、操作用ＰＣ１６にて、探針２０に印加した電圧を切る。微粒子３０が所定の位置に置かれたことを確認し、探針２０は試料ホルダ４から離し、作業完了となる。上記のプロセスにより、低真空ＳＥＭにて静電吸着により微粒子を探針に吸着させ、運搬することが可能となる。
【符号の説明】
【００４８】
１ 試料室
２ 電子光学鏡筒
３ ガス増幅検出器（ＥＳＥＤ電極）
４ 試料ホルダ
５ ステージ
６ 干渉防止機構
７ プローバユニット
８ 第１アンプ
９ 赤外線カメラ
１０ プローバベース
１１ ニードルバルブ
１２ 赤外線カメラ用モニタ
１３ モニタ
１４ プローバ機構系
１５ プローバユニット用電源
１６ 操作用ＰＣ
１７ ＳＥＭ画面
１８ 探針１先端部
１９ 探針２先端部
２０ 探針
２１ プローバユニット側干渉防止部材
２２ ステージ側干渉防止部材
２３ 先端部材
２４ スライドベース下側部材
２５ スライドベース上側部材
２６ 支え棒
２７ バネ
２８ 支柱
２９ 切り替えスイッチ
３０ 微粒子
３１ コントローラ
３２ 真空度−電圧値テーブル
３４ プローバユニット１
３５ プローバユニット２
３６ ガス供給用配管
３８ 第２アンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物を格納する試料室と、当該試料室内を真空排気する真空ポンプとを備えた走査電子顕微鏡において、
前記真空ポンプにより真空排気された試料室内にガスを導入するガス導入管と、
前記試料室内の対象物に一次電子線を照射し、発生する二次電子あるいは反射電子が前記ガスで増幅されることにより生成されるイオン電流を検出する電子光学鏡筒と、
前記対象物を吸着する探針と、
当該探針を前記試料室内で移動させる探針可動機構とを備えたことを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項２】
請求項１に記載の走査電子顕微鏡において、
静電吸着力を発生させる電圧を前記探針に印加する電源ユニットを備えたことを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項３】
請求項１に記載の走査電子顕微鏡において、
前記ガス導入管が、当該ガス導入管内を流れるガスの流量を調節するバルブを備えたことを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項４】
請求項１に記載の走査電子顕微鏡において、
静電吸着力を発生させる電圧を前記探針に印加する電源ユニットと、
前記ガス導入管内を流れるガスの流量を調節するバルブと、
前記電源ユニットから前記探針に印加する電圧と前記バルブを自動調節する制御手段を備えたことを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項５】
請求項２に記載の走査電子顕微鏡において、
前記電源ユニットは、前記探針に印加する電圧の極性が切り替え可能であることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項６】
請求項１に記載の走査電子顕微鏡において、
前記探針可動機構は複数の探針が取り付け可能であることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項７】
請求項１に記載の走査電子顕微鏡において、
前記対象物が載置される試料台と、当該試料台を前記試料室内で移動させるステージとを備え、
更に、前記探針可動機構と前記ステージは、当該探針可動機構とステージの干渉を防止する干渉防止機構を各々備えることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項８】
請求項４に記載の走査電子顕微鏡において、
前記制御手段は、前記試料室内の真空度と当該真空度において前記探針に対して印加すべき電圧値とが記載されたテーブルを備えることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項９】
請求項８に記載の走査電子顕微鏡において、
前記制御部がＳＥＭ操作用ＰＣ１６と接続され、ＳＥＭ操作用ＰＣ１６からＧＵＩ操作により、自動制御が可能なことを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１０】
請求項７に記載の走査電子顕微鏡において、
前記探針可動機構側に設置された干渉防止機構は、前記探針可動機構上に、当該探針可動機構上を移動するように設置された部材であることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１１】
請求項１０に記載の走査電子顕微鏡において、
前記探針可動機構側に設置された干渉防止機構は、バネと、当該バネを前記干渉防止機構に対して固定する支持部材とを備えることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１】
対象物を格納する試料室と、当該試料室内を真空排気する真空ポンプとを備えた走査電子顕微鏡において、
前記真空ポンプにより真空排気された試料室内にガスを導入するガス導入管と、
前記試料室内の対象物に一次電子線を照射し、発生する二次電子あるいは反射電子が前記ガスで増幅されることにより生成されるイオン電流を検出する電子光学鏡筒と、
前記対象物を吸着する探針と、
当該探針を前記試料室内で移動させる探針可動機構とを備えたことを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項２】
請求項１に記載の走査電子顕微鏡において、
静電吸着力を発生させる電圧を前記探針に印加する電源ユニットを備えたことを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項３】
請求項１に記載の走査電子顕微鏡において、
前記ガス導入管が、当該ガス導入管内を流れるガスの流量を調節するバルブを備えたことを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項４】
請求項１に記載の走査電子顕微鏡において、
静電吸着力を発生させる電圧を前記探針に印加する電源ユニットと、
前記ガス導入管内を流れるガスの流量を調節するバルブと、
前記電源ユニットから前記探針に印加する電圧と前記バルブを自動調節する制御手段を備えたことを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項５】
請求項２に記載の走査電子顕微鏡において、
前記電源ユニットは、前記探針に印加する電圧の極性が切り替え可能であることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項６】
請求項１に記載の走査電子顕微鏡において、
前記探針可動機構は複数の探針が取り付け可能であることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項７】
請求項１に記載の走査電子顕微鏡において、
前記対象物が載置される試料台と、当該試料台を前記試料室内で移動させるステージとを備え、
更に、前記探針可動機構と前記ステージは、当該探針可動機構とステージの干渉を防止する干渉防止機構を各々備えることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項８】
請求項４に記載の走査電子顕微鏡において、
前記制御手段は、前記試料室内の真空度と当該真空度において前記探針に対して印加すべき電圧値とが記載されたテーブルを備えることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項９】
請求項８に記載の走査電子顕微鏡において、
前記制御部がＳＥＭ操作用ＰＣ１６と接続され、ＳＥＭ操作用ＰＣ１６からＧＵＩ操作により、自動制御が可能なことを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１０】
請求項７に記載の走査電子顕微鏡において、
前記探針可動機構側に設置された干渉防止機構は、前記探針可動機構上に、当該探針可動機構上を移動するように設置された部材であることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１１】
請求項１０に記載の走査電子顕微鏡において、
前記探針可動機構側に設置された干渉防止機構は、バネと、当該バネを前記干渉防止機構に対して固定する支持部材とを備えることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１４６５８２（Ｐ２０１２−１４６５８２Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５３９２（Ｐ２０１１−５３９２）
【出願日】平成２３年１月１４日（２０１１．１．１４）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１４日（２０１１．１．１４）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
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