JPS5871435A - 走査型電子顕微鏡付き硬度計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、走査型電子顕微鏡と組合わせた硬度ｇ１に関
する０ 従来、光学顕微鏡と硬度計の負荷装置とを組会わせたも
のでは、まず試料−ヒにくぼみを形成の対物レンズ機構
とを試料上で切換えるか、試料を光学顕微鏡側へ移動し
てから、上記くぼみを拡大して観察することにより、試
料の硬度を求めることが行なわれている。

しかしながら、このような従来の光学顕微鏡付き硬度計
では、数μｍ以下の超微小くぼみを精度良く測定するこ
とができないという問題点がある。

本発明は、これらの問題点を解決しようとするもので、
走査型電子顕微鏡と硬度計の負荷装置とを組合わせると
ともに、負荷装置の荷重軸の配設方向と交叉する方向か
ら電子ビームを照射できるようにして、簡単な操作で試
料を移動させずに非常に小さいくぼみでも精度良く測定
できるようにした、走査型電子顕微鏡付き硬度計を提供
することを目的とする。

このため１本発明は、硬度計において、走査型電子顕微
鏡の試料室内に試料台をそなえるとともに、同試料台に
直交する方向から荷重を負移動可能な荷重軸と、同荷重
軸を支持する少なくとも２枚の平行ばねと、上記荷重軸
の自重を相殺する相殺ばねとをそ°なえ、上記荷重軸の
移動方向と交叉する方向に、上記試料台へ向けて照射さ
れる電子ビームの軸が設定されていることを特徴として
いる。

以下、図面により本発明の一実施例としての走査型電子
顕微鏡付き硬度計について説明すると、第１図はその全
体構成を示す模式図、第２図は第１図の■−■矢視図、
第３図はそのフォースモータや縦断面図、第４図ｐ−６
のフォースモータの磁場の分布状態を説明するだめの要
部横断面図であり、走査型電子顕微鏡ＳＥＭの試Ｆ料室
ＳＲ内には、支持枠ｌが設けられてい５て、この支持枠
ｌの重力方向Ａに対して傾斜しだ面１ａには、試料２を
固定しうる試料台３が設けられでいる０これにより試料
台３は重力方向Ａに対し傾斜して設けられていることに
なる。

また、支持枠１に基端を固定された一対の平行板はね４
，４が、その各先端部を試料台３に対し直交する軸線Ｂ
に沿い配設された荷重軸５の上端部と下端部・とに連結
゛されている。　゛なお、板ばね４としては、第２図に
示すごとく、軸線Ｂと直角美白゛に荷重軸５が振れない
ようにするために二股状のものが用いられている。

これらの板ばね４は１、荷重軸５の下端付きの圧子５ａ
が試料２の表面に当接したときに、相互に平行となるよ
うに、その配設状態を調整されている。

さらに、荷重軸５の中間部に形成されたつば部には７重
錘１１が装着されるようになっているＯ なお、荷重軸５の上端部から両側方へ突設されたピン５
ｂ、５ｂと支持枠ｌとの間に畝それぞれ軸線Ｂに沿い絶
膜されて荷重軸５等の自゛重を相殺する相殺ばね５ｃが
一対並列的に介装されている０ ・　ところぞ、荷重軸５めピン５　ｂ　、’　５　ｂを
下方から受ける受部６ａを先端部（た有する駆動部材　
　　５６が、第１図に示すごとく、その基端を板ばね６
ｂを介して支持枠ｌに固定されている。

なお、この駆動部材６と支持枠ｌとの間には引張ばね６
Ｃが介装されており、これにより駆動部材６は第１図中
時計回りに回動するように付勢されるが１．この回動け
、ストッパ部材６ｄにより、所定位置に規制されるよう
になっている０゜ さらに、駆動部材６の中間部には、第１駆動ワイヤ７の
一端が連結されており、この第１駆゛動ワイヤ７の他端
は、支持枠１に枢着された伝達方向変換部材８の第１ア
ーム８ａに連結されている０ 伝達方向変換部材８の第２アーム８ｂには、第２駆動ワ
イヤ９の一端が連結されており、この第２駆動ワイヤ９
の他端は試料４ｓＲの壁面に取付けられた電磁式のフォ
ースモータ１０に連結されている０ このフォースモータ１０は、環状ギヤラフ１３に放射状
磁場（第４図参照）を形成すべく例えば永久磁石１４ａ
（この磁石は電磁石でもよい。）やポールピース１４ｂ
やヨーク１４Ｃから成る磁場形成機構１４と、環状ギヤ
ノブ１３内に嵌装されるコイル部１５と、このコイル部
１５を有し且つ一対のダイアフラムばね１６，１６［よ
って軸線方向以外の移動を拘束された連結部材１７とを
そなえていて、更に連結部材１７に第２駆動ワイヤ９の
他端が連結されている。

したがって、コイル部］５に極性を考慮して連続的に変
化する電圧（電流）冬供給すると、これにより電磁力が
発生し、連ｉ゛部材１７がダイアフラムばね１６，１６
に抗して駆動せしめられ、第２駆動ワイヤ９を矢印Ｃ方
向へ引っ張ることができるようになっている。

このように第２駆動ワイヤ９を矢印Ｃ方向へ、引っ張る
と、第１駆動ワイヤ７が矢印り方向へ引っ張られて、駆
動部材６が第１図中反時計方向へ回動するため、荷重軸
５は重錘１１の質量ｍによって生じる分力Ｆにより軸線
Ｂに沿い下降し、この分力Ｆが圧子５ａを介し試料２に
伝達されるのである。

ここで、この分力Ｆは、重錘１１の質量をｍとし、傾斜
面１ａの傾斜角をθとすれば、Ｆ−ｍｇ　ｃｏｓ−θで
表わされる。ただし、ｇは重力加速度である。このため
傾斜面１ａの角度θを９０度に近づけてゆくにつれてこ
のＦを小さくしてゆくことができる。

一般に、ＩＣ用ウェファのごとき特殊な試料２に、ＩＱ
ｍｇｆ程度の非常に小さい荷重をかけるには、いわゆる
負荷機構の運動に伴う動的荷重誤差があってはならず、
しかも荷重軸５を低速度で滑らかに移動させなければな
らないが、本装置では、駆動源として電気的に細かい制
御が可能なフォースモータ１０が用いられるので、フォ
ースモータ１０の連結部材１７を非常に遅い速度でしか
も滑らかに駆動させることができ、−これにより上記動
的荷重誤差をなくし、しかも荷重軸５を円滑に移動させ
ることができるめである。

ところで、重力方向Ａと、試料台３上の試料２の表面へ
向けて照射される電子ビームＥＢの軸方向とが一致する
ように、鏡筒１８が試料室・ＳＲに対して設けられてい
る。これにより荷重軸５の移動方向と交叉する方向に、
上記電子ビー゛ムＥＢの軸が設定されていることになる
。

この鏡筒１８内には、電子ビーム照射機構】９が設けら
れており、この電子ビーム照射機構１９は電子銃２０．
コンデンサレンズ２１．偏向コイル２２および対物レン
ズ２３等をそなえて構成されていて、偏向１コイル２２
はＸ、Ｙ方向のそれぞれについて設けられる。

なお、偏向コイル２２へは、走査用電源２４からＸ、Ｙ
方向走査用鋸歯外波信号が供給されており、これにより
電子ビームＥＢを試料２上で走査させることができる。

また、試料室ＳＲの壁部には検出器２５が設けられてお
り、この積出器２５で、試料２上に電子ビームＥＢが照
射された際に同時に試料２から発生する２次電子９反射
電子や試料電流等が検出される。

検出器２５としては、例えばシンチレーション検出器が
用いられる。

検出器２５で検出された信号は、増幅器２６で増幅され
てから陰極線管（以下［ＣＲＴＪとい０う。）２７へ供
給され、このＣＲＴ２７で試料２上のくぼみ像が表示さ
れるようになっている。

上述の構成により、試料２１のくぼみを測定するには、
まず試料台３上に試料２をセットし、試料室ＳＲ内の排
気を行なってから、フォースモータ１０を作動させるこ
とにより、圧子５ａで試料２の表面にくぼみを形成する
。

このようにしてくぼみを形成した後は、フォースモーク
１０を不作動にして、引張ばね６ｃの作用により、圧子
５ａを引きあげる。

その後は、走査型電子顕微鏡ＳＥＭを作動させて、試料
２上のくぼみに電子ビームＥＢを照射（−で、このくぼ
みの像をｃＲ’ｒ２７にて観察しながらくぼみの測定が
行なわれる。

このように、走査型電子顕微鏡ＳＦＭと組合わせてくぼ
みの計測が行なわれるので、くぼみが非常に小さくても
、明確に（〜かも精度良く、このくぼみの計測を行なえ
るのである。

また、くぼみ形成後、試料２を移動させなくても、くぼ
み像を観察することができるので、簡単な操作で精度の
良い硬度の測定を行なえる０なお、伝達力の方向転換用
に、第１図に示した部材８を用いる代わりに、プーリを
用いて、駆動ワイヤを１本にすることもできる。

また、支持枠］を回動できるように設けると、試料台３
の傾斜の度合を変えることができ、このようにすれば重
錘１１の分力Ｆ（−ｍｇｃｏｓθ）を自由に調整できる
。

さらに、試料２を水平に載置して、荷重軸５を重力方向
Ａに沿うように配設し、鏡筒１８を試料室ＳＲに対して
傾斜して配設することにより、電子ビームＥ、Ｂの軸を
荷重軸５の移動方向と交叉する方向となるように設定し
てもよい。

以上詳述したように、本発明の走査型電子顕微鏡付き硬
度計によれば、簡単な操作で、試料を移動させることな
く、非常に小さいくぼみでも精度良く測定できる利点が
ある。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例としての走査型電子顕微鏡付き硬
度計を示すもので、第１図にはその全体構成を示す模式
図、第２図は第１図のＵ−■矢視図、第３図はそのフォ
ースモータの縦断面図、第４図はそのフォースモータの
磁場の分布状態を説明するための要部横断面図である０
１−・支持枠、１ａ−１傾斜面、２・・試料、３・・試
料台、４・・板ばね、５・・荷重軸、５ａ・・圧子、５
ｂ・・ピン、５Ｃ％令ばね、６・・駆動部材、６ａ・・
受部、６ｂ・・板ばね、６Ｃ・・ばね、６ｄ・・ストッ
パ部材、７・・第１駆動ワイヤ、８・・伝達方向変換部
材。 ８ａ、８ｂＰ−アーム、９・・第２駆動ワイヤ、１０・
・フォースモータ、１１・・重錘、１３・・環状ギャッ
プ、】４・・磁場形成機構。 １４ａΦ拳永久磁石、１４ｂ−拳ボールビース１４ｅ・
・ヨー１．１５・・コイル部、１６”・ダイアフラムば
ね、】７令一連結部材、１８・・鏡筒、１９・・電子ビ
ーム照射機構、２０Φ・電子銃、２］−−コンデンサレ
ンズ、２２・・偏向コイル、２３・・対物レンズ、２４
・・走査用電源、２５・・検出器、２６・・増幅器、２
７・・ＣＲＴ、ｐ、・・重力方向を示す矢印、Ｂ・・試
料台に対し直交する軸線、ＥＢ・・電子ビーム、５Ｒ１
１１１試料室％ＳＥＭ−−走査型電子顕微鏡。 代理人　弁理士　飯沼義彦

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 硬度言１において、走査型電子顕微鏡の試料室内に試料
   台をそなえるとともに、同試料台に直交する方向から荷
   重を負荷すべく、ト記試料台に対し直交する軸線に沿い
   移動可能な荷重軸と、同荷重軸を支持する少なくとも２
   枚の平行ば７と・上記荷重軸の自重を相殺する相殺ばね
   とをそなえ、上記荷重軸の移動方向と交叉する方向に、
   上記試料台へ向けて照射される電子ビームの軸が設定さ
   れていることを特徴とする、走査型電子顕微鏡付き硬度
   側０