JP2005026530A

JP2005026530A - Test piece holder moving mechanism, vacuum equipment, and charged particle beam equipment

Info

Publication number: JP2005026530A
Application number: JP2003191607A
Authority: JP
Inventors: Koji Higuchi; 口浩二樋
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2003-07-04
Filing date: 2003-07-04
Publication date: 2005-01-27

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a test piece holder moving mechanism where replacing work of the probe of a manipulator is performed efficiently by simple constitution, the operating ratio of equipment is prevented from lowering and the movable range of a test piece stage in a test piece chamber is not restricted, and to provide vacuum equipment and charged particle beam equipment. <P>SOLUTION: The test piece holder moving mechanism 18 is used for the vacuum equipment of the charged particle beam equipment etc. and its tip can be moved between the test piece chamber 14 and a spare chamber 15 communicated with the test piece chamber 14 in the state of holding a test piece holder 9 at the tip. The tip can hold the manipulator 50 and has a driving wiring 45 for driving the manipulator 50. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、試料ホルダ移動機構及び真空装置並びに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、試料室内に配置された試料に対して電圧等を印加するために、探針（プローブ）を有するマニピュレータを試料室内に設けたものがある。
【０００３】
このような荷電粒子ビーム装置の一例を図１３に示す。図１３は、試料室内にマニピュレータを備えた荷電粒子ビーム装置を示す概略構成図であり、ここでは走査型電子顕微鏡の例を示してしる。
【０００４】
同図において、１０１は電子銃（荷電粒子ビーム源）であり、電子銃１０１から放出されて加速された電子ビーム（荷電粒子ビーム）１０５は、電子光学系（照射系）１１９を介して試料１０８に照射される。
【０００５】
ここで、電子光学系１１９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１０５は、集束レンズ１０２及び対物レンズ１０４により試料１０８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１０８上の被観察領域を走査される。
【０００６】
また、試料１０８は試料ホルダ１０９に収容されており、試料１０８を収容した試料ホルダ１０９は、試料室１１４内に配置された試料ステージ１１０に載置されている。なお、電子銃１０１及び電子光学系１１９は鏡筒１１３内に設けられている。
【０００７】
電子ビーム１０５が照射された試料１０８からは、２次電子や反射電子等の被検出電子１１１が発生し、この発生した被検出電子１１１は検出器１１２によって検出される。検出器１１２は、被検出電子１１１の検出結果を検出データとして図示しない制御装置に送る。制御装置は、検出器１１２からの検出データを処理して画像データとし、ＣＲＴやＬＣＤ等の表示装置（図示せず）に画像として表示したり、記憶手段（図示せず）に当該画像データを適宜格納する。
【０００８】
試料室１１４内には、マニピュレータ１０７が固定されて設けられている。このマニピュレータ１０７は、探針（プローブ）１０６と、先端部に探針１０６が配置された駆動体１２０と、駆動体１２０を試料室１１４内において保持するための固定ブロック１２１とから構成されている。そして、駆動体１２０の先端部に配置された探針１０６には、図示しない電圧印加用配線によって適宜電圧が印加される。また、駆動体１２０は圧電素子等からなり、駆動体１２０の伸縮等の駆動制御を行うために、駆動体１２０には図示しない駆動用配線が接続されている。なお、マニピュレータ１０７を構成する固定ブロック１２１は、試料室１１４の所定箇所に設けられた開口１１４ａを貫通して固定プレート１２３に取付けられており、このベースプレート１２３は試料室１１４の外側面に固定されている。
【０００９】
試料室１１４の外側面には、開閉バルブ１２２を介して試料室１１４の内部に連通可能とされた予備室１１５が設けられている。そして、予備室１１５には、その側壁１１５ａを貫通する試料ホルダ移動用シャフト１１８が設けられている。
【００１０】
この試料ホルダ移動用シャフト１１８は、所定の長さを有する棒状のシャフト部１１６と、当該シャフト部１１６の基端部１１６ｂに取付けられた握り玉１１７から構成されている。そして、シャフト部１１６の先端部１１６ａには、試料１０８を収容する試料ホルダ１０９が保持可能となっている。
【００１１】
なお、鏡筒１１３、試料室１１４、及び予備室１１５の各内部は、図示しない複数の真空ポンプにより、それぞれ独立して真空引きされるように構成されており、上述した電子ビーム１０５の試料１０８への照射による試料観察は、鏡筒１１３及び試料室１１４の内部が真空引きされた状態で行われる。このとき、開閉バルブ１２２が開かれた状態で試料観察が行われる場合には、予備室１１５の内部も真空引きされた状態となっている。
ここで、試料ホルダ１０９に収容された状態で試料室１１４内に配置された試料１０８の観察が行われているときには、試料ホルダ移動用シャフト１１８のシャフト部１１６の先端部１１６ａは、試料ホルダ１０９を保持しない状態で予備室１１５内に位置して待機する。そして、試料１０８の観察工程の前後において、試料１０８の配置及び交換等のために、試料ホルダ１０９の試料室１１４からの出し入れを行う際には、開閉バルブ１２２が開いた状態でシャフト部１１６が手動にて動かされ、その先端部１１６ａが予備室１１５と試料室１１４との間を往復移動する。
【００１２】
試料室１１４内において、試料ステージ１１０に載置されている試料ホルダ１０９に収容された試料１０８の所定箇所には、必要に応じてマニピュレータ１０７の探針１０６が接触することとなり、これにより試料１０８には適宜電圧が印加される。そして、このように試料１０８に電圧が印加された状態で試料１０８の観察を行うことができるようになっている。
【００１３】
上述のようなマニピュレータを備える荷電粒子ビーム装置においては、マニピュレータの使用の継続により、マニピュレータの探針が変形や摩耗により消耗するので、適宜探針をマニピュレータから取り外して新しい探針と交換する必要がある。
【００１４】
この場合、図１３に示した走査型電子顕微鏡の例では、マニピュレータ１０７が試料室１１４内において固定されているので、試料１０８の観察の終了後、試料室１１４を一旦大気圧に戻してからマニピュレータ１０７の探針１０６の交換を行う。
【００１５】
すなわち、まず、試料室１１４内が真空引きされた状態で、その内部に配置された試料１０８に対して行われた試料観察が終了した後、試料ホルダ移動用シャフト１１８の手動による操作により、試料１０８を収容している試料ホルダ１０９を試料室１１４内から予備室１１５内へ移動する。この後、開閉バルブ１２２を閉じて試料室１１４内を大気圧に復帰させる。
そして、固定プレート１２３を試料室１１４の外側面から取り外す。このとき、マニピュレータ１０７は固定プレート１２３に取付けられているので、当該マニピュレータ１０７が上記開口１１４ａを試料室１１４内から外側へ通り抜けて、試料室１１４外に取り出される。
【００１６】
この後、固定プレート１２３に取付けられた状態で、試料室１１４の外側に取り出されたマニピュレータ１１４の探針１０６の交換作業が行われる。この交換作業の終了後、固定プレート１２３に取付けられた状態で、新しい探針１０６が取付けられたマニピュレータ１０７を上記開口１１４ａを試料室１１４の外側からその内部に挿通させ、固定プレート１２３を試料室１１４の所定の外側面に取付ける。その後、試料室１１４内を真空引きして次の試料１０８を試料室１１４内に導入し、次の観察を行う。
【００１７】
なお、マニピュレータの探針の交換を効率良く行える装置として、真空バルブを介して真空チャンバ（試料室）に接続されたエアロック室の内部に探針を有するプローブホルダを備える構成のものもある（例えば、特許文献１参照）。
【００１８】
【特許文献１】
特開２０００−１４６７８０号公報
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した図１３に示した構成の装置においては、マニピュレータ１０７を試料室１１４内から外側へ取り出すのに手間がかかり、探針１０６の交換作業に時間がかかっていた。
【００２０】
また、マニピュレータ１０７の探針１０６の交換のために、試料室１１４内を大気圧に戻し、交換作業終了後に試料室１１４内を改めて真空引きすることとなるので、装置の稼働率を低下させることとなっていた。
【００２１】
さらに、マニピュレータ１０７を使用しない試料の観察時においても、試料室１１４内にマニピュレータ１０７が固定されて配置されているので、試料室１４内の試料ステージ１１０の可動範囲に制約を加えることとなっていた。
【００２２】
なお、上述した特許文献１に示された装置においては、真空チャンバ（試料室）に接続されたエアロック室の内部に探針を有するプローブホルダを備える構成とされているので、装置の稼働率の低下の問題はある程度解消されることとなるが、プローブホルダ専用のエアロック室を装置に追加するかたちで別途設けなくてはならず、装置の構造が複雑になるとともにコストアップとなることとなる。
【００２３】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであって、簡易な装置構成により、マニピュレータの探針の交換作業を効率良く行うことができるとともに、装置の稼働率の低下を防止し、さらに試料室内の試料ステージの可動範囲に制約を加えることのない試料ホルダ移動機構及び真空装置並びに荷電粒子ビーム装置を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決する手段】
本発明に基づく試料ホルダ移動機構は、先端部に試料ホルダを保持した状態で、試料室と当該試料室に連通する予備室との間でその先端部が移動可能とされた試料ホルダ移動機構であって、当該先端部にマニピュレータが保持可能となっており、当該マニピュレータを駆動するための駆動用配線を備えることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明に基づく真空装置は、内部が真空引き可能とされた試料室と、試料室に連通する予備室と、先端部に試料ホルダを保持した状態で、試料室と予備室との間でその先端部が移動可能とされた試料ホルダ移動機構とを有する真空装置であって、前記試料ホルダ移動機構が、当該先端部にマニピュレータを保持可能となっており、当該マニピュレータを駆動するための駆動用配線を備えることを特徴とする。
【００２６】
さらに、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系レンズと、内部が真空引き可能とされ、試料を収容した試料ホルダが当該内部に配置される試料室と、試料室に連通する予備室と、先端部に試料ホルダを保持した状態で、試料室と予備室との間でその先端部が移動可能とされた試料ホルダ移動機構とを有する荷電粒子ビーム装置であって、前記試料ホルダ移動機構が、当該先端部にマニピュレータを保持可能となっており、当該マニピュレータを駆動するための駆動用配線を備えることを特徴とする。
【００２７】
【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。
【００２８】
図１は本発明における荷電粒子ビーム装置（真空装置）である走査型電子顕微鏡を示す概略構成図である。同図において、１は電子銃（荷電粒子ビーム源）であり、電子銃１から放出されて加速された電子ビーム（荷電粒子ビーム）５は、電子光学系（照射系）１９により制御されて試料８に照射される。
【００２９】
ここで、電子光学系１９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５は、集束レンズ２及び対物レンズ４により試料８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８上の被観察領域を走査される。
【００３０】
また、試料８は試料ホルダ９に収容されており、試料８を収容した試料ホルダ９は、試料室１４内に配置された試料ステージ１０に載置されている。なお、電子銃１及び電子光学系１９は鏡筒１３内に設けられている。
【００３１】
電子ビーム５が照射された試料８からは、２次電子や反射電子等の被検出電子１１が発生し、この発生した被検出電子１１は検出器１２によって検出される。検出器１２は、被検出電子１１の検出結果を検出データとして図示しない制御装置に送る。制御装置は、検出器１２からの検出データを処理して画像データとし、ＣＲＴやＬＣＤ等の表示装置（図示せず）に画像として表示したり、記憶手段（図示せず）に当該画像データを適宜格納する。
【００３２】
試料室１４の外側面には、開閉バルブ２２を介して試料室１４の内部に連通可能とされた予備室１５が設けられている。そして、予備室１５には、その側壁１５ａを貫通する試料ホルダ移動機構１８が設けられている。
【００３３】
この試料ホルダ移動用機構１８は、所定の長さを有する棒状のシャフト部（棒状部材）１６と、当該シャフト部１６の基端部１６ｂに取付けられた握り玉１７とを有する。そして、シャフト部１６の先端部１６ａには、試料８を収容する試料ホルダ９が保持可能となっているとともに、後述するようにマニピュレータも保持可能となっている。
【００３４】
なお、鏡筒１３、試料室１４、及び予備室１５の各内部は、図示しない複数の真空ポンプにより、それぞれ独立して真空引きされるように構成されており、上述した電子ビーム５の試料８への照射による試料観察は、鏡筒１３及び試料室１４の内部が真空引きされた状態で行われる。このとき、開閉バルブ２２が開かれた状態で試料観察が行われる場合には、予備室１５の内部も真空引きされた状態となっている。
ここで、試料ホルダ９に収容された状態で試料室１４内に配置された試料８の観察が行われているときには、試料ホルダ移動機構１８のシャフト部１６の先端部１６ａは、試料ホルダ９を保持しない状態で予備室１５内に位置して待機する。そして、試料８の観察工程の前後において、試料８の配置及び交換等のために、試料ホルダ９の試料室１４からの出し入れを行う際には、開閉バルブ２２が開けられた状態でシャフト部１６が手動にて動かされ、その先端部１６ａが予備室１５と試料室１４との間を往復移動する。
【００３５】
さらに図２に、図１に示した走査型電子顕微鏡の要部を拡大した断面図を示す。同図に示すごとく、試料室１４と予備室１５とは、試料室１４に形成された開口部１４ａを介して連通されている。そして、試料室１４と予備室の間には、当該開口部１４ａの開閉を行うための開閉バルブ２２が設けられている。
【００３６】
試料ホルダ移動機構１８を構成するシャフト部１６の先端部１６ａには、雄ネジ１６ｃが設けられている。そして、試料ホルダ９をシャフト部１６の先端部１６ａに保持する際には、雄ネジ１６ｃを試料ホルダ９の雌ネジ（図示せず）に螺入させて取付ける。このとき、オペレータは手動により試料ホルダ移動機構１８の握り玉１７を回し、これによりシャフト部１６がその中心軸を中心として回転する。
【００３７】
また、シャフト部１６の基端部１６ｂには、シャフト部１６の当該回転（その中心軸を中心とする回転）を制動するための制動手段（制動機構）３１が配置されている。この制動手段３１は、レバー３２を有しており、当該制動手段３１の動作については後述する。なお、予備室１５の側壁１５ａには、レバー３２を係止するための係止部３３ａを有する係止部材３３が設けられている。
【００３８】
さらに、試料ホルダ移動機構１８には、駆動用電源接続手段４１が備えられている。この駆動用電源接続手段４１は、シャフト部１６と平行に配置された筒状部材４４（図２では、シャフト部１６と重なっているため、図示せず）と、筒状部材４４の基端部をシャフト部１６に固定するための基端固定部材４３と、筒状部材４４の先端部をシャフト部１６に固定するための先端固定部材４２とを有し、これにより筒状部材４４は、シャフト部１６に平行となるように固定されて配置される。
【００３９】
なお、試料室１４内に配置された試料ステージ１０の上面には、台座１０ｂ及びストッパ１０ａが設けられている。そして、試料ホルダ９の試料ステージ１０への載置の際には、台座１０ｂ及びストッパ１０ａによって試料ステージ１０上において試料ホルダ９の位置決めが行われる。
【００４０】
ここで、図２におけるＡ−Ａ断面図を図３に示す。同図に示すように、駆動電源接続手段４１を構成する筒状部材４４は、シャフト部１６と平行に配置されており、上述のごとく、その基端部及び先端部は、それぞれ基端固定部材４３及び先端固定部材４２によってシャフト部１６に固定されている。
【００４１】
筒状部材４４は、内部が中空とされたパイプ状に構成されており、当該内部には、後述するマニピュレータを駆動するための２本の駆動用配線４５が備えられている。そして、筒状部材４４の先端部を固定する先端固定部材４２の先端面４２ａには、駆動用配線４５に接続されたコネクタ４６が支持部材４７を介して設けられている。
【００４２】
さらに、筒状部材４４は、予備室１５の側壁１５ａを貫通しており、シャフト部１６と連動してそれぞれの先端部（筒状部材４４の先端部及びシャフト部１６の先端部１６ａ）は予備室１５内と試料室１４内との間で移動可能とされている。なお、予備室１５の側壁１５ａは、蝶番（ヒンジ）１５ｃによって予備室本体１５ｂに支持されており、さらにネジ１５ｄによって予備室本体１５ｂに固定されている。
【００４３】
また、上述したシャフト部１６の回転を制動するための制動手段３１は、制動軸３４と、制動軸３４の基端部に取付けられたレバー３２と、制動軸３４の先端部に取付けられた制動ブロック３６と、制動軸３４の周囲を取り囲むように配置されたコイルスプリング３５と、コイルスプリング３５の外側を覆うケーシング３７とを備えている。そして、オペレータの手動によりレバー３２が操作されることにより、制動軸３４がその軸方向に移動し、これによって制動ブロック３６がシャフト部１６と接触してシャフト部１６の回転が制動される。
【００４４】
さらに詳述すると、例えば図３の状態では、レバー３２の長手方向は、同図の紙面での左方向に沿った方向でケーシング３７の第１の溝部３７ａに嵌入され、このとき、制動軸３４の先端部に配置された制動ブロック３６とシャフト部１６との間には間隙が設けられている。この状態では、制動ブロック３６とシャフト部１６とは接触していないので、シャフト部１６は回転可能となっており、オペレータの手動により握り玉１７を回すことによってシャフト部１６は回転され、その先端部１６ａへの試料ホルダ９の着脱が可能となる。
【００４５】
図３に示した状態から、レバー３２を、オペレータの操作により、同図紙面の垂直方向下側（同図中の矢印Ｚ方向）に押し下げると、レバー３２は制動軸３４の軸を中心に回り、レバー３２の長手方向は当該矢印Ｚ方向に沿う方向となる。このとき、レバー３２は、ケーシング３７の第２の溝部（図示せず）に嵌入されることとなるが、ケーシング３７において上記の第１の溝部３７ａと当該第２の溝部とでは、シャフト１６との離間距離が異なり、第２の溝部の方がシャフト部１６に近い位置に設けられている。
【００４６】
このため、上述のようにレバー３２が操作されて、レバー３２がケーシング３７の第２の溝部に嵌入されると、レバー３２の位置が、第１の溝部に嵌入されていたときよりもシャフト部１６に近づく。そして、これに伴い、制動軸３４もシャフト部１６に近づくこととなり、制動軸３４の先端部に設けられた制動ブロック３６がシャフト部１６に接近して接触する。このとき、コイルスプリング３５により、制動ブロック３６にはシャフト部１６側に外力が加わることとなり、制動ブロック３６とシャフト部１６とが当該外力によって確実に係合し、シャフト部１６の回転が制動される。
【００４７】
次に、試料ホルダ９を、予備室１５を介して試料室１４内の試料ステージ１０に移載する手順について説明する。
【００４８】
まず、図３における開閉バルブ２２を閉じ、試料室１４と予備室１５との連通を遮断し、予備室１５内を大気圧の状態とする。ここで、試料室１４内は、観察時と同様に、真空引きされた状態となっている。なお、図３では、試料室１４内において試料ホルダ９に収容された試料８を観察する際の状態を示しているので、試料室１４内に試料ホルダ９及び試料８が配置されているが、ここでは、説明上、試料ホルダ９及び試料８は試料室１５内には配置されていないものとする。
【００４９】
予備室１５内が大気圧の状態となったら、ネジ１５ｄを取り外し、予備室１５の側壁１５ａが蝶番１５ｃのみによって予備室本体１５ｂに支持されている状態とし、蝶番１５ｃの軸を回転軸として側壁１５ａを動かして、図４に示すように予備室本体１５ｂの内部を開放する。そして、同図に示すごとく、シャフト部１６の先端部１６ａに試料ホルダ９を取付ける。ここで、試料ホルダ９は観察対象となっている試料８を収容している。
【００５０】
試料ホルダ９をシャフト部１６の先端部１６ａに取付ける際には、握り棒１７を回すことによりシャフト部１６を回転させ、その先端部１６ａに位置する雄ネジ１６ｃを試料ホルダ９に設けられた雌ネジ（図示せず）に螺入させる。これにより、試料ホルダ９がシャフト部１６の先端部１６ａに保持される。
【００５１】
次に、予備室１５の側壁１５ａを、蝶番１５ｃの軸を回転軸として上記とは逆方向に動かして、図５に示すように予備室本体１５ｂの内部を閉じる。そして、同図に示すごとく、ネジ１５ｄによって側壁１５ａを予備室本体１５ｂに固定する。
【００５２】
ここで、図５におけるＢ−Ｂ断面図を図６に示す。このように、シャフト部１６の先端部１６ａに試料ホルダ９が保持された状態で、試料ホルダ９が予備室１５内に配置されることとなる。この状態で、予備室１５の内部を真空引きする。そして、予備室１５の内部が所定の真空度に達したら、開閉バルブ２２を開けて、開口部１４ａを介して予備室１５と試料室１４とを連通させる。
この後、図７に示すように、オペレータの手動によりシャフト部１６を動かして、シャフト部１６の先端部１６ａを予備室１５内から試料室１４内へ移動させる。これにより当該先端部１６ａに保持されている試料ホルダ９が、試料室１４内の試料ステージ１０の台座１０ｂ上に移載される。
【００５３】
このように、試料ホルダ９を試料ステージ１０上に移載した後、オペレータが握り玉１７を上記とは逆方向に回し、シャフト部１６の先端部１６ａに設けられた雄ネジ１６ｃと試料ホルダ９の雌ネジとの螺入状態を解除し、握り玉１７を引いてシャフト部１６を引き戻すと図２及び図３に示す状態となり、試料８への観察を行うこともできる。なお、当該観察を行う際において、開閉バルブ２２は開放もしくは遮断いずれの状態であっても良い。
【００５４】
次に、上述のように試料室１４内に試料ホルダ９が配置された状態において、マニピュレータの探針を用いて試料に電圧を印加して、試料観察を行う際の手順について説明する。
【００５５】
図３に示すように、試料８を収容する試料ホルダ９が試料室１４内に配置された状態において、開閉バルブ２２を閉じ、試料室１４と予備室１５との連通を遮断し、予備室１５内を大気圧に復帰する。なお、このときも、試料室１４内は真空引きされた状態となっている。
【００５６】
予備室１５内が大気圧の状態となったら、ネジ１５ｄを取り外し、予備室１５の側壁１５ａが蝶番１５ｃのみによって予備室本体１５ｂに支持されている状態とし、蝶番１５ｃの軸を回転軸として側壁１５ａを動かして、図８に示すように予備室本体１５ｂの内部を開放する。そして、同図に示すごとく、シャフト部１６の先端部１６ａにマニピュレータ５０を取付けて保持する。
【００５７】
このマニピュレータ５０は、圧電素子等からなる駆動本体５１と、駆動本体５１の基端部に設けられた雌ネジ５５と、駆動本体５１の先端部５１ａに設けられた探針５２と、一端が駆動本体５１及び探針５２に分離して接続された複数の配線を有する配線部５３と、この配線部５３の他端に接続されたプラグ５４とを備えている。
【００５８】
ここで、マニピュレータ５０をシャフト部１６の先端部１６ａに取付ける際には、握り棒１７を回すことによりシャフト部１６を回転させ、その先端部１６ａに位置する雄ネジ１６ｃを駆動本体５１の基端部に設けられた雌ネジ５５に螺入させる。これにより、まず、マニピュレータ５０の駆動本体５１が、シャフト部１６の先端部１６ａに保持される。
【００５９】
次に、駆動本体５１につながる配線部５３に接続されたプラグ５４を、駆動用電源接続手段４１のコネクタ４６に取付ける。これにより、マニピュレータ５０の駆動本体５１は、配線部５３、プラグ５４、及びコネクタ４６を介して、駆動用電源接続手段４１の筒状部材４４内に設けられた駆動用配線４５に電気的に接続される。
【００６０】
ここで、この駆動用配線４５の端部は、図示しない駆動用電源に接続されており、当該駆動用電源の駆動制御によりマニピュレータ５０の駆動本体５１に駆動用電圧が印加されて、マニピュレータ５０が駆動される。なお、図示していないが、筒状部材４４の内部には、試料８へ印加される試料印加用電圧をマニピュレータ５０の探針５２へ供給するための電圧印加用配線も設けられている。そして、マニピュレータ５０の探針５２には、配線部５３、プラグ５４、コネクタ４６、及び電圧印加用配線を介して、試料印加用電圧源（図示せず）により試料印加用電圧が供給される。
【００６１】
次に、予備室１５の側壁１５ａを、蝶番１５ｃの軸を回転軸として上記とは逆方向に動かして、図９に示すように予備室本体１５ｂの内部を閉じる。そして、同図に示すごとく、ネジ１５ｄによって側壁１５ａを予備室本体１５ｂに固定する。さらに、制動手段３１のレバー３２を、同図に示す矢印Ｚ方向に押し下げ、これによりシャフト部１６の回転を制動状態としておく。
【００６２】
ここで、図９におけるＣ−Ｃ断面図を図１０に示す。このように、シャフト部１６の先端部１６ａにマニピュレータ５０が保持された状態で、マニピュレータ５０が予備室１５内に配置されることとなる。なお、制動手段３１のレバー３２は矢印Ｚ方向に押し下げられており、上述のごとくシャフト部１６の回転は制動状態とされている。この状態で、予備室１５の内部を真空引きする。そして、予備室１５の内部が所定の真空度に達したら、開閉バルブ２２を開けて、開口部１４ａを介して予備室１５と試料室１４とを連通させる。
【００６３】
この後、図１１に示すように、オペレータの手動によりシャフト部１６を動かして、シャフト部１６の先端部１６ａを予備室１５内から試料室１４内へ移動させ、これによりマニピュレータ５０を試料室１４内に移動させる。この際に、駆動用電源接続手段４１も同時に動くこととなり、筒状部材４４の先端部側に配置されたコネクタ４６が予備室１５内から試料室１４内へ移動する。
【００６４】
このとき、制動手段３１のレバー３２が、予備室１５の側壁１５ａに設けられた係止部材３３の係止部３３ａに係合して係止される。これにより、シャフト部１６の移動が制動され、位置固定される。
【００６５】
この状態において、試料ステージ１０の位置を適宜制御するとともに、マニピュレータ５０の駆動本体５１を適宜駆動して、試料ステージ１０に載置された試料ホルダ９に収容されている試料８に、マニピュレータ５０の探針５２を接触させる。これにより、マニピュレータ５０の探針５２によって試料８に所定の試料印加用電圧が印加された状態での試料観察を行うことができる。
【００６６】
ここで、図１１におけるＤ−Ｄ断面図を図１２に示す。同図に示すように、筒状部材４４の先端部側に配置されたコネクタ４６と、コネクタ４６に取付けられたプラグ５４と、配線部５３とが、駆動本体５１及び探針５２とともに予備室１５内から試料室１４内へ移動している。
【００６７】
さらに、上述の手順を経て、マニピュレータ５０の探針５２により試料８に試料印加用電圧が印加された状態での試料観察が相当回数行われ、探針５２が変形や摩耗により消耗した際に、探針５２を新しい探針と交換する手順について以下に説明する。
【００６８】
上記の図１１及び図１２に示す状態にて試料観察を相当回数行った後、オペレータが握り玉１７を引いてシャフト部１６を引き戻し、図９及び図１０に示すようにシャフト部１６の先端部１６ａに取付けられたマニピュレータ５０を予備室１５内に戻す。さらに開閉バルブ２２を閉じて、予備室１５内を大気圧に復帰させる。
【００６９】
その後、ネジ１５ｄを取り外し、予備室１５の側壁１５ａを、蝶番１５ｃの軸を回転軸として動かして、図８に示すように予備室本体１５ｂの内部を開放する。そして、この状態でマニピュレータ５０をシャフト部１６の先端部１６ａから取り外す。
【００７０】
このときには、まず、プラグ５４をコネクタ４６から取り外す。そして、制動手段３１のレバー３２を操作して、シャフト部１６の回転制動を解除し、握り玉１７を回すことによりシャフト部１６を回転させ、シャフト部１６の雄ネジ１６ｃとマニピュレータ５０の雌ネジ５５との螺入を解除する。これにより、マニピュレータ５０とシャフト部１６とは分離される。
【００７１】
シャフト部１６から分離されたマニピュレータ５０の探針５２をオペレータの手作業により新しい探針と交換する。新しい探針が取付けられたマニピュレータ５０は、以降、上述の手順によりシャフト部１６の先端部１６ａに取付けられ、当該先端部１６ａに保持された状態で試料室１５内に導入されて再度試料観察が行われる。
【００７２】
このような、試料ホルダ移載機構を備える荷電粒子ビーム装置においては、簡単にマニピュレータ５０を試料室１４内から外側へ取り出すことができるので、探針５２の交換作業に時間がかからない。
【００７３】
また、マニピュレータ５０の探針５２の交換のために、試料室１４内を大気圧に戻す必要がないので、交換作業終了後に試料室１４を改めて真空引きする必要がなく、装置の稼働率を低下することがない。
【００７４】
さらに、マニピュレータ５０を使用しない試料観察を行う際には、マニピュレータ５０が試料室１４内に配置されないので、試料室１４内の試料ステージ１０の可動範囲に制約が加わることがない。
【００７５】
そして、試料ホルダ移動機構１８にマニピュレータ５０を保持できる構成となっているので、マニピュレータ５０を保持するためのプローブホルダ及び当該プローブホルダ専用のエアロック室を別途装置に付加する必要がないので、装置の構図が簡易であり、コストアップとならない。
【００７６】
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されることはなく、例えば、試料ホルダ移動機構１８のシャフト部１６を、内部が中空とされたパイプ状に構成し、シャフト部１６の内部に駆動用配線４５を設け、当該駆動用配線４５に接続されたコネクタをシャフト部１６の先端部１６ａに配置するようにしても良い。この場合、上記の筒状部材４４を設ける必要がないので、装置構成をさらに簡易なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における走査電子顕微鏡（荷電粒子ビーム装置）を示す概略構成図である。
【図２】図１の要部を拡大した断面図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ断面図である。
【図４】予備室本体の内部を開放した状態を示す図である。
【図５】予備室本体の内部を閉じた状態を示す図である。
【図６】図５におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図７】試料ホルダを試料室内に移動した状態を示す図である。
【図８】予備室本体の内部を開放した状態を示す図である。
【図９】予備室本体の内部を閉じた状態を示す図である。
【図１０】図９におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図１１】マニピュレータを試料室内に移動した状態を示す図である。
【図１２】図１１におけるＤ−Ｄ断面図である。
【図１３】従来技術における走査電子顕微鏡（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…電子ビーム（荷電粒子ビーム），８…試料，９…試料ホルダ，１０…試料ステージ，１４…試料室，１５…予備室，１６…シャフト部，１６ａ…先端部，１６ｂ…基端部，１８…試料ホルダ移動機構，４５…駆動用配線，５０…マニピュレータ，５１…駆動本体，５２…探針[0001]
[Field of the Invention]
The present invention relates to a sample holder moving mechanism, a vacuum apparatus, and a charged particle beam apparatus.
[0002]
[Prior art]
In some charged particle beam apparatuses such as a scanning electron microscope, a manipulator having a probe (probe) is provided in a sample chamber in order to apply a voltage or the like to a sample arranged in the sample chamber.
[0003]
An example of such a charged particle beam apparatus is shown in FIG. FIG. 13 is a schematic configuration diagram showing a charged particle beam apparatus provided with a manipulator in a sample chamber. Here, an example of a scanning electron microscope is shown.
[0004]
In the figure, reference numeral 101 denotes an electron gun (charged particle beam source). An electron beam (charged particle beam) 105 emitted from the electron gun 101 and accelerated is a sample 108 via an electron optical system (irradiation system) 119. Is irradiated.
[0005]
Here, the electron optical system 119 includes a focusing lens 102, a scanning coil 103, and an objective lens 104. The electron beam 105 emitted from the electron gun 101 is finely focused and irradiated on the sample 108 by the focusing lens 102 and the objective lens 104. At this time, the observation region on the sample 108 is scanned by the scanning coil 103. .
[0006]
The sample 108 is accommodated in the sample holder 109, and the sample holder 109 accommodating the sample 108 is placed on the sample stage 110 disposed in the sample chamber 114. The electron gun 101 and the electron optical system 119 are provided in the lens barrel 113.
[0007]
From the sample 108 irradiated with the electron beam 105, detected electrons 111 such as secondary electrons and reflected electrons are generated, and the generated detected electrons 111 are detected by a detector 112. The detector 112 sends the detection result of the detected electrons 111 as detection data to a control device (not shown). The control device processes the detection data from the detector 112 to produce image data, which is displayed as an image on a display device (not shown) such as a CRT or LCD, or the image data is stored in a storage means (not shown). Store as appropriate.
[0008]
A manipulator 107 is fixed in the sample chamber 114. The manipulator 107 includes a probe (probe) 106, a drive body 120 having the probe 106 disposed at the tip, and a fixed block 121 for holding the drive body 120 in the sample chamber 114. . A voltage is appropriately applied to the probe 106 disposed at the tip of the driving body 120 by a voltage application wiring (not shown). The drive body 120 is made of a piezoelectric element or the like, and a drive wiring (not shown) is connected to the drive body 120 in order to perform drive control such as expansion and contraction of the drive body 120. The fixing block 121 constituting the manipulator 107 is attached to the fixing plate 123 through an opening 114 a provided at a predetermined position of the sample chamber 114, and the base plate 123 is fixed to the outer surface of the sample chamber 114. ing.
[0009]
A spare chamber 115 that can communicate with the inside of the sample chamber 114 via an opening / closing valve 122 is provided on the outer surface of the sample chamber 114. The preliminary chamber 115 is provided with a sample holder moving shaft 118 that penetrates the side wall 115a.
[0010]
The sample holder moving shaft 118 includes a rod-shaped shaft portion 116 having a predetermined length and a gripping ball 117 attached to a base end portion 116 b of the shaft portion 116. A sample holder 109 that accommodates the sample 108 can be held at the distal end portion 116 a of the shaft portion 116.
[0011]
The interiors of the lens barrel 113, the sample chamber 114, and the spare chamber 115 are configured to be evacuated independently by a plurality of vacuum pumps (not shown), and the sample 108 of the electron beam 105 described above. The sample observation by irradiation is performed in a state where the inside of the lens barrel 113 and the sample chamber 114 is evacuated. At this time, when sample observation is performed with the opening / closing valve 122 opened, the inside of the preliminary chamber 115 is also evacuated.
Here, when the sample 108 placed in the sample chamber 114 is being observed while being accommodated in the sample holder 109, the tip 116 a of the shaft portion 116 of the sample holder moving shaft 118 is In a state in which it is not held, it stands by in the preliminary chamber 115. Then, before and after the observation process of the sample 108, when the sample holder 109 is taken in and out of the sample chamber 114 for the arrangement and exchange of the sample 108, the shaft portion 116 is opened with the open / close valve 122 opened. The tip 116a is moved manually and reciprocates between the preliminary chamber 115 and the sample chamber 114.
[0012]
In the sample chamber 114, the probe 106 of the manipulator 107 comes into contact with a predetermined portion of the sample 108 accommodated in the sample holder 109 placed on the sample stage 110 as necessary. A voltage is appropriately applied to. The sample 108 can be observed with the voltage applied to the sample 108 as described above.
[0013]
In the charged particle beam apparatus equipped with the manipulator as described above, the probe of the manipulator is consumed due to deformation or wear due to continued use of the manipulator, so it is necessary to appropriately remove the probe from the manipulator and replace it with a new probe. is there.
[0014]
In this case, since the manipulator 107 is fixed in the sample chamber 114 in the example of the scanning electron microscope shown in FIG. 13, after the observation of the sample 108 is completed, the sample chamber 114 is once returned to atmospheric pressure and then the manipulator The 107 probe 106 is exchanged.
[0015]
That is, first, after the sample observation performed on the sample 108 arranged in the sample chamber 114 is evacuated, the sample holder moving shaft 118 is manually operated. The sample holder 109 containing 108 is moved from the sample chamber 114 to the spare chamber 115. Thereafter, the open / close valve 122 is closed to return the sample chamber 114 to atmospheric pressure.
Then, the fixing plate 123 is removed from the outer surface of the sample chamber 114. At this time, since the manipulator 107 is attached to the fixed plate 123, the manipulator 107 passes through the opening 114a from the inside of the sample chamber 114 to the outside and is taken out of the sample chamber 114.
[0016]
Thereafter, the probe 106 of the manipulator 114 taken out of the sample chamber 114 is exchanged while being attached to the fixed plate 123. After completion of the replacement work, the manipulator 107 having the new probe 106 attached thereto is inserted into the opening 114a from the outside of the sample chamber 114 to the inside thereof while being attached to the fixing plate 123, and the fixing plate 123 is inserted into the sample chamber. 114 is attached to a predetermined outer surface. Thereafter, the inside of the sample chamber 114 is evacuated and the next sample 108 is introduced into the sample chamber 114 to perform the next observation.
[0017]
An apparatus that can efficiently replace the probe of the manipulator includes a probe holder having a probe inside an air lock chamber connected to a vacuum chamber (sample chamber) via a vacuum valve ( For example, see Patent Document 1).
[0018]
[Patent Document 1]
JP 2000-146780 A
[0019]
[Problems to be solved by the invention]
In the apparatus having the configuration shown in FIG. 13 described above, it takes time to take out the manipulator 107 from the sample chamber 114 to the outside, and it takes time to replace the probe 106.
[0020]
Further, in order to replace the probe 106 of the manipulator 107, the inside of the sample chamber 114 is returned to the atmospheric pressure, and the inside of the sample chamber 114 is evacuated again after the replacement operation is completed, so that the operating rate of the apparatus is lowered. It was.
[0021]
Furthermore, even when observing a sample that does not use the manipulator 107, the manipulator 107 is fixedly disposed in the sample chamber 114, and thus the movable range of the sample stage 110 in the sample chamber 14 is restricted. It was.
[0022]
In addition, in the apparatus shown in Patent Document 1 described above, the apparatus is provided with a probe holder having a probe inside an air lock chamber connected to a vacuum chamber (sample chamber). The problem of lowering the temperature will be solved to some extent, but an additional air lock chamber dedicated to the probe holder must be added to the device, which increases the complexity and cost of the device. Become.
[0023]
The present invention has been made in view of the above points, and with a simple device configuration, the manipulator probe can be replaced efficiently, and a reduction in the operating rate of the device can be prevented. It is an object of the present invention to provide a sample holder moving mechanism, a vacuum device, and a charged particle beam device that do not restrict the movable range of the sample stage in the sample chamber.
[0024]
[Means for solving the problems]
The sample holder moving mechanism according to the present invention is a sample holder moving mechanism in which the tip is movable between the sample chamber and a spare chamber communicating with the sample chamber in a state where the sample holder is held at the tip. In addition, a manipulator can be held at the distal end portion, and a driving wiring for driving the manipulator is provided.
[0025]
In addition, the vacuum apparatus according to the present invention includes a sample chamber in which the inside can be evacuated, a spare chamber communicating with the sample chamber, and a sample holder between the sample chamber and the spare chamber while holding the sample holder at the tip. And a sample holder moving mechanism whose tip is movable, wherein the sample holder moving mechanism can hold a manipulator at the tip and drive the manipulator A drive wiring is provided.
[0026]
Furthermore, the charged particle beam apparatus according to the present invention has a charged particle beam source, an irradiation system lens for irradiating the sample by controlling the charged particle beam emitted from the charged particle beam source, and the inside can be evacuated. The sample holder containing the sample is disposed inside the sample chamber, the spare chamber communicating with the sample chamber, and the tip between the sample chamber and the spare chamber with the sample holder held at the tip. A charged particle beam device having a sample holder moving mechanism in which a part is movable, wherein the sample holder moving mechanism is capable of holding a manipulator at the tip, and driving for driving the manipulator It is characterized by comprising a wiring for use.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0028]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a scanning electron microscope which is a charged particle beam apparatus (vacuum apparatus) according to the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes an electron gun (charged particle beam source), and an electron beam (charged particle beam) 5 emitted from the electron gun 1 and accelerated is controlled by an electron optical system (irradiation system) 19 to obtain a sample. 8 is irradiated.
[0029]
Here, the electron optical system 19 includes the focusing lens 2, the scanning coil 3, and the objective lens 4. The electron beam 5 emitted from the electron gun 1 is finely focused and irradiated on the sample 8 by the focusing lens 2 and the objective lens 4, and at this time, the observation region on the sample 8 is scanned by the scanning coil 3. .
[0030]
Further, the sample 8 is accommodated in the sample holder 9, and the sample holder 9 accommodating the sample 8 is placed on the sample stage 10 disposed in the sample chamber 14. The electron gun 1 and the electron optical system 19 are provided in the lens barrel 13.
[0031]
From the sample 8 irradiated with the electron beam 5, detected electrons 11 such as secondary electrons and reflected electrons are generated, and the generated detected electrons 11 are detected by a detector 12. The detector 12 sends the detection result of the detected electrons 11 as detection data to a control device (not shown). The control device processes the detection data from the detector 12 to produce image data, which is displayed as an image on a display device (not shown) such as a CRT or LCD, or the image data is stored in a storage means (not shown). Store as appropriate.
[0032]
On the outer surface of the sample chamber 14, a spare chamber 15 that can communicate with the inside of the sample chamber 14 via an opening / closing valve 22 is provided. The preliminary chamber 15 is provided with a sample holder moving mechanism 18 that penetrates the side wall 15a.
[0033]
The sample holder moving mechanism 18 includes a rod-shaped shaft portion (bar-shaped member) 16 having a predetermined length, and a gripping ball 17 attached to a base end portion 16 b of the shaft portion 16. A sample holder 9 that accommodates the sample 8 can be held at the distal end portion 16a of the shaft portion 16, and a manipulator can also be held as will be described later.
[0034]
The interiors of the lens barrel 13, the sample chamber 14, and the spare chamber 15 are configured to be evacuated independently by a plurality of vacuum pumps (not shown), and the sample 8 of the electron beam 5 described above is configured. The sample observation by irradiation is performed in a state where the inside of the lens barrel 13 and the sample chamber 14 is evacuated. At this time, when sample observation is performed with the open / close valve 22 open, the inside of the preliminary chamber 15 is also evacuated.
Here, when the sample 8 placed in the sample chamber 14 is being observed while being accommodated in the sample holder 9, the distal end portion 16 a of the shaft portion 16 of the sample holder moving mechanism 18 moves the sample holder 9. It stands in the spare chamber 15 in a state where it is not held. Then, before and after the observation process of the sample 8, when the sample holder 9 is taken in and out of the sample chamber 14 for the arrangement and exchange of the sample 8, the shaft portion 16 is opened with the open / close valve 22 opened. Is manually moved, and the tip end portion 16 a reciprocates between the preliminary chamber 15 and the sample chamber 14.
[0035]
Further, FIG. 2 shows an enlarged cross-sectional view of a main part of the scanning electron microscope shown in FIG. As shown in the figure, the sample chamber 14 and the reserve chamber 15 are communicated with each other through an opening 14 a formed in the sample chamber 14. An opening / closing valve 22 for opening / closing the opening 14a is provided between the sample chamber 14 and the spare chamber.
[0036]
A male screw 16 c is provided at the tip end portion 16 a of the shaft portion 16 constituting the sample holder moving mechanism 18. When the sample holder 9 is held on the tip portion 16 a of the shaft portion 16, the male screw 16 c is screwed into the female screw (not shown) of the sample holder 9 and attached. At this time, the operator manually turns the gripping ball 17 of the sample holder moving mechanism 18, whereby the shaft portion 16 rotates about its central axis.
[0037]
A braking means (braking mechanism) 31 for braking the rotation of the shaft portion 16 (rotation around its central axis) is disposed at the base end portion 16b of the shaft portion 16. The braking means 31 has a lever 32, and the operation of the braking means 31 will be described later. A locking member 33 having a locking portion 33 a for locking the lever 32 is provided on the side wall 15 a of the preliminary chamber 15.
[0038]
Further, the sample holder moving mechanism 18 is provided with driving power connection means 41. The driving power connection means 41 includes a cylindrical member 44 (not shown in FIG. 2 because it overlaps the shaft portion 16) disposed in parallel with the shaft portion 16, and a proximal end portion of the cylindrical member 44. And a distal end fixing member 42 for fixing the distal end portion of the tubular member 44 to the shaft portion 16, so that the tubular member 44 is connected to the shaft portion 16. It is fixed and arranged so as to be parallel to the portion 16.
[0039]
A pedestal 10b and a stopper 10a are provided on the upper surface of the sample stage 10 arranged in the sample chamber 14. When the sample holder 9 is placed on the sample stage 10, the sample holder 9 is positioned on the sample stage 10 by the pedestal 10b and the stopper 10a.
[0040]
Here, FIG. 3 shows an AA cross-sectional view in FIG. As shown in the figure, the cylindrical member 44 constituting the drive power connection means 41 is disposed in parallel with the shaft portion 16, and as described above, the base end portion and the tip end portion thereof are base end fixing members, respectively. 43 and the tip fixing member 42 are fixed to the shaft portion 16.
[0041]
The cylindrical member 44 is configured in a pipe shape whose inside is hollow, and is provided with two drive wires 45 for driving a manipulator described later. A connector 46 connected to the drive wiring 45 is provided via a support member 47 on the distal end surface 42 a of the distal end fixing member 42 that fixes the distal end portion of the cylindrical member 44.
[0042]
Further, the cylindrical member 44 penetrates the side wall 15a of the preliminary chamber 15, and in conjunction with the shaft portion 16, the respective distal end portions (the distal end portion of the cylindrical member 44 and the distal end portion 16a of the shaft portion 16) are spare. It can be moved between the chamber 15 and the sample chamber 14. The side wall 15a of the spare chamber 15 is supported on the spare chamber body 15b by a hinge 15c, and is further fixed to the spare chamber body 15b by a screw 15d.
[0043]
The braking means 31 for braking the rotation of the shaft portion 16 described above includes a braking shaft 34, a lever 32 attached to the base end portion of the braking shaft 34, and a braking portion attached to the distal end portion of the braking shaft 34. A block 36, a coil spring 35 disposed so as to surround the periphery of the brake shaft 34, and a casing 37 covering the outside of the coil spring 35 are provided. When the lever 32 is manually operated by the operator, the braking shaft 34 moves in the axial direction, whereby the braking block 36 comes into contact with the shaft portion 16 and the rotation of the shaft portion 16 is braked.
[0044]
More specifically, for example, in the state of FIG. 3, the longitudinal direction of the lever 32 is fitted into the first groove portion 37 a of the casing 37 in the direction along the left direction on the paper surface of FIG. A gap is provided between the brake block 36 disposed at the tip of the shaft and the shaft portion 16. In this state, since the braking block 36 and the shaft portion 16 are not in contact with each other, the shaft portion 16 is rotatable, and the shaft portion 16 is rotated by turning the grip ball 17 manually by the operator, and the tip of the shaft portion 16 is rotated. The sample holder 9 can be attached to and detached from the portion 16a.
[0045]
From the state shown in FIG. 3, when the lever 32 is pushed down in the vertical direction (in the direction of arrow Z in the figure) by the operator's operation, the lever 32 rotates around the axis of the brake shaft 34. The longitudinal direction of the lever 32 is the direction along the arrow Z direction. At this time, the lever 32 is fitted into a second groove portion (not shown) of the casing 37. In the casing 37, the shaft 16 and the first groove portion 37a and the second groove portion are The second groove portion is provided at a position closer to the shaft portion 16.
[0046]
Therefore, when the lever 32 is operated as described above and the lever 32 is inserted into the second groove portion of the casing 37, the position of the lever 32 is more than the shaft portion when the lever 32 is inserted into the first groove portion. Approach 16 Along with this, the braking shaft 34 also approaches the shaft portion 16, and the braking block 36 provided at the tip portion of the braking shaft 34 approaches the shaft portion 16 and comes into contact therewith. At this time, an external force is applied to the brake block 36 by the coil spring 35 on the side of the shaft portion 16, the brake block 36 and the shaft portion 16 are reliably engaged by the external force, and the rotation of the shaft portion 16 is braked. The
[0047]
Next, a procedure for transferring the sample holder 9 to the sample stage 10 in the sample chamber 14 through the auxiliary chamber 15 will be described.
[0048]
First, the on-off valve 22 in FIG. 3 is closed, the communication between the sample chamber 14 and the spare chamber 15 is cut off, and the inside of the spare chamber 15 is brought to an atmospheric pressure state. Here, the inside of the sample chamber 14 is evacuated as in the observation. 3 shows a state in which the sample 8 accommodated in the sample holder 9 is observed in the sample chamber 14, and therefore the sample holder 9 and the sample 8 are arranged in the sample chamber 14. Here, for the sake of explanation, it is assumed that the sample holder 9 and the sample 8 are not arranged in the sample chamber 15.
[0049]
When the inside of the spare chamber 15 is in the atmospheric pressure state, the screw 15d is removed, the side wall 15a of the spare chamber 15 is supported by the spare chamber main body 15b only by the hinge 15c, and the side wall with the axis of the hinge 15c as the rotation axis. 15a is moved to open the interior of the spare chamber body 15b as shown in FIG. Then, as shown in the figure, the sample holder 9 is attached to the tip portion 16 a of the shaft portion 16. Here, the sample holder 9 accommodates the sample 8 to be observed.
[0050]
When attaching the sample holder 9 to the tip portion 16 a of the shaft portion 16, the shaft portion 16 is rotated by turning the grip rod 17, and the male screw 16 c positioned at the tip portion 16 a is provided in the female portion provided in the sample holder 9. Screw into a screw (not shown). As a result, the sample holder 9 is held on the distal end portion 16 a of the shaft portion 16.
[0051]
Next, the side wall 15a of the spare chamber 15 is moved in the opposite direction to the above with the axis of the hinge 15c as the rotation axis, and the interior of the spare chamber body 15b is closed as shown in FIG. And as shown in the figure, the side wall 15a is fixed to the spare chamber main body 15b with the screw 15d.
[0052]
Here, a BB cross-sectional view in FIG. 5 is shown in FIG. As described above, the sample holder 9 is disposed in the preliminary chamber 15 in a state where the sample holder 9 is held at the tip portion 16 a of the shaft portion 16. In this state, the inside of the preliminary chamber 15 is evacuated. When the inside of the preliminary chamber 15 reaches a predetermined degree of vacuum, the open / close valve 22 is opened to allow the preliminary chamber 15 and the sample chamber 14 to communicate with each other through the opening 14a.
Thereafter, as shown in FIG. 7, the shaft portion 16 is moved manually by the operator, and the tip portion 16 a of the shaft portion 16 is moved from the preliminary chamber 15 into the sample chamber 14. As a result, the sample holder 9 held by the tip 16 a is transferred onto the base 10 b of the sample stage 10 in the sample chamber 14.
[0053]
As described above, after the sample holder 9 is transferred onto the sample stage 10, the operator turns the gripping ball 17 in the opposite direction to the above, and the male screw 16 c provided on the tip portion 16 a of the shaft portion 16 and the sample holder 9. When the screwed state with the female screw is released, the grip ball 17 is pulled and the shaft portion 16 is pulled back, the state shown in FIGS. 2 and 3 is obtained, and the sample 8 can be observed. When performing the observation, the on-off valve 22 may be in an open state or a shut-off state.
[0054]
Next, a procedure for performing sample observation by applying a voltage to the sample using the probe of the manipulator in a state where the sample holder 9 is arranged in the sample chamber 14 as described above will be described.
[0055]
As shown in FIG. 3, in a state where the sample holder 9 that accommodates the sample 8 is disposed in the sample chamber 14, the open / close valve 22 is closed to cut off the communication between the sample chamber 14 and the spare chamber 15. Return to atmospheric pressure. At this time, the sample chamber 14 is also evacuated.
[0056]
When the inside of the spare chamber 15 is in the atmospheric pressure state, the screw 15d is removed, the side wall 15a of the spare chamber 15 is supported by the spare chamber main body 15b only by the hinge 15c, and the side wall with the axis of the hinge 15c as the rotation axis. 15a is moved to open the interior of the spare chamber body 15b as shown in FIG. And as shown in the figure, the manipulator 50 is attached to the front-end | tip part 16a of the shaft part 16, and is hold | maintained.
[0057]
The manipulator 50 includes a drive main body 51 made of a piezoelectric element or the like, a female screw 55 provided at a base end portion of the drive main body 51, a probe 52 provided at a distal end portion 51a of the drive main body 51, and one end driven. A wiring part 53 having a plurality of wirings separated and connected to the main body 51 and the probe 52 and a plug 54 connected to the other end of the wiring part 53 are provided.
[0058]
Here, when the manipulator 50 is attached to the distal end portion 16 a of the shaft portion 16, the shaft portion 16 is rotated by turning the grip rod 17, and the male screw 16 c positioned at the distal end portion 16 a is connected to the proximal end of the drive body 51. Screwed into a female screw 55 provided in the section. Thereby, first, the drive main body 51 of the manipulator 50 is held by the distal end portion 16 a of the shaft portion 16.
[0059]
Next, the plug 54 connected to the wiring portion 53 connected to the drive main body 51 is attached to the connector 46 of the drive power connection means 41. As a result, the drive main body 51 of the manipulator 50 is electrically connected to the drive wiring 45 provided in the cylindrical member 44 of the drive power connection means 41 via the wiring portion 53, the plug 54, and the connector 46. Is done.
[0060]
Here, the end of the drive wiring 45 is connected to a drive power supply (not shown), and a drive voltage is applied to the drive main body 51 of the manipulator 50 by drive control of the drive power supply. Driven. Although not shown, a voltage application wiring for supplying a sample application voltage applied to the sample 8 to the probe 52 of the manipulator 50 is also provided inside the cylindrical member 44. Then, the sample application voltage is supplied to the probe 52 of the manipulator 50 by a sample application voltage source (not shown) via the wiring part 53, the plug 54, the connector 46, and the voltage application wiring.
[0061]
Next, the side wall 15a of the spare chamber 15 is moved in the opposite direction to the above with the axis of the hinge 15c as the rotation axis, and the interior of the spare chamber body 15b is closed as shown in FIG. And as shown in the figure, the side wall 15a is fixed to the spare chamber main body 15b with the screw 15d. Further, the lever 32 of the braking means 31 is pushed down in the direction of the arrow Z shown in the figure, thereby setting the rotation of the shaft portion 16 in a braking state.
[0062]
Here, FIG. 10 shows a CC cross-sectional view in FIG. As described above, the manipulator 50 is disposed in the spare chamber 15 in a state where the manipulator 50 is held at the distal end portion 16 a of the shaft portion 16. The lever 32 of the braking means 31 is pushed down in the direction of the arrow Z, and the rotation of the shaft portion 16 is in a braking state as described above. In this state, the inside of the preliminary chamber 15 is evacuated. When the inside of the preliminary chamber 15 reaches a predetermined degree of vacuum, the open / close valve 22 is opened to allow the preliminary chamber 15 and the sample chamber 14 to communicate with each other through the opening 14a.
[0063]
Thereafter, as shown in FIG. 11, the shaft portion 16 is moved manually by the operator, and the tip portion 16 a of the shaft portion 16 is moved from the reserve chamber 15 into the sample chamber 14, whereby the manipulator 50 is moved to the sample chamber 14. Move in. At this time, the driving power supply connecting means 41 also moves simultaneously, and the connector 46 arranged on the distal end side of the cylindrical member 44 moves from the preliminary chamber 15 into the sample chamber 14.
[0064]
At this time, the lever 32 of the braking means 31 is engaged and locked with the locking portion 33 a of the locking member 33 provided on the side wall 15 a of the preliminary chamber 15. Thereby, the movement of the shaft portion 16 is braked and the position is fixed.
[0065]
In this state, the position of the sample stage 10 is appropriately controlled, and the driving body 51 of the manipulator 50 is appropriately driven so that the sample 8 accommodated in the sample holder 9 placed on the sample stage 10 is attached to the manipulator 50. The probe 52 is brought into contact. Thereby, sample observation can be performed in a state where a predetermined sample application voltage is applied to the sample 8 by the probe 52 of the manipulator 50.
[0066]
Here, a DD cross-sectional view in FIG. 11 is shown in FIG. As shown in the figure, the connector 46 disposed on the distal end side of the cylindrical member 44, the plug 54 attached to the connector 46, and the wiring portion 53, together with the drive main body 51 and the probe 52, the spare chamber 15. It moves from inside into the sample chamber 14.
[0067]
Further, through the above procedure, when the sample observation is performed a number of times in a state where the sample application voltage is applied to the sample 8 by the probe 52 of the manipulator 50, and the probe 52 is consumed due to deformation or wear, The procedure for replacing the probe 52 with a new probe will be described below.
[0068]
11 and 12, after the sample observation is performed a considerable number of times, the operator pulls the grip ball 17 to pull back the shaft portion 16, and as shown in FIG. 9 and FIG. 10, the tip end portion of the shaft portion 16. The manipulator 50 attached to 16 a is returned into the spare chamber 15. Further, the open / close valve 22 is closed, and the inside of the preliminary chamber 15 is returned to the atmospheric pressure.
[0069]
Thereafter, the screw 15d is removed, and the side wall 15a of the auxiliary chamber 15 is moved with the axis of the hinge 15c as the rotation axis to open the inside of the auxiliary chamber main body 15b as shown in FIG. In this state, the manipulator 50 is removed from the tip portion 16 a of the shaft portion 16.
[0070]
At this time, the plug 54 is first removed from the connector 46. Then, the lever 32 of the braking means 31 is operated to release the rotational braking of the shaft portion 16, the shaft portion 16 is rotated by turning the gripping ball 17, the male screw 16 c of the shaft portion 16 and the female screw of the manipulator 50. The screwing with 55 is released. Thereby, the manipulator 50 and the shaft part 16 are separated.
[0071]
The probe 52 of the manipulator 50 separated from the shaft portion 16 is replaced with a new probe by an operator's manual operation. Thereafter, the manipulator 50 to which the new probe is attached is attached to the distal end portion 16a of the shaft portion 16 by the above-described procedure, and is introduced into the sample chamber 15 while being held by the distal end portion 16a, and the sample observation is performed again. Done.
[0072]
In such a charged particle beam apparatus equipped with a sample holder transfer mechanism, the manipulator 50 can be easily taken out from the sample chamber 14, so that it does not take time to replace the probe 52.
[0073]
Further, since it is not necessary to return the inside of the sample chamber 14 to the atmospheric pressure for exchanging the probe 52 of the manipulator 50, it is not necessary to evacuate the sample chamber 14 again after the exchange operation is completed, thereby reducing the operating rate of the apparatus. There is nothing to do.
[0074]
Furthermore, when performing sample observation without using the manipulator 50, the manipulator 50 is not arranged in the sample chamber 14, so that the movable range of the sample stage 10 in the sample chamber 14 is not restricted.
[0075]
Since the sample holder moving mechanism 18 can hold the manipulator 50, there is no need to add a probe holder for holding the manipulator 50 and an air lock chamber dedicated to the probe holder to the apparatus. The composition is simple and does not increase costs.
[0076]
The present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, the shaft portion 16 of the sample holder moving mechanism 18 is configured in a pipe shape in which the inside is hollow, and is driven inside the shaft portion 16. The wiring 45 may be provided, and the connector connected to the driving wiring 45 may be disposed at the distal end portion 16 a of the shaft portion 16. In this case, since it is not necessary to provide the cylindrical member 44, the apparatus configuration can be further simplified.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a scanning electron microscope (charged particle beam apparatus) according to the present invention.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part of FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
FIG. 4 is a diagram showing a state in which the inside of a spare chamber main body is opened.
FIG. 5 is a diagram showing a state in which the inside of a spare chamber main body is closed.
6 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
FIG. 7 is a diagram showing a state in which a sample holder is moved into a sample chamber.
FIG. 8 is a diagram showing a state in which the inside of the spare chamber main body is opened.
FIG. 9 is a diagram showing a state in which the inside of the spare chamber main body is closed.
10 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG.
FIG. 11 is a diagram showing a state where a manipulator is moved into a sample chamber.
12 is a cross-sectional view taken along the line DD in FIG. 11. FIG.
FIG. 13 is a schematic configuration diagram showing a scanning electron microscope (charged particle beam apparatus) in the prior art.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electron gun (charged particle beam source), 2 ... Condensing lens, 3 ... Scanning coil, 4 ... Objective lens, 5 ... Electron beam (charged particle beam), 8 ... Sample, 9 ... Sample holder, 10 ... Sample stage, DESCRIPTION OF SYMBOLS 14 ... Sample chamber, 15 ... Reserve chamber, 16 ... Shaft part, 16a ... Tip part, 16b ... Base end part, 18 ... Sample holder moving mechanism, 45 ... Drive wiring, 50 ... Manipulator, 51 ... Drive main body, 52 ... Probe

Claims

A sample holder moving mechanism in which a tip holder is movable between a sample chamber and a spare chamber communicating with the sample chamber while the sample holder is held at the tip, and the manipulator is held by the tip A specimen holder moving mechanism, characterized in that it comprises a drive wiring for driving the manipulator.

2. A rod-shaped member for holding the sample holder or the manipulator at a distal end portion, and a cylindrical member arranged in parallel with the rod-shaped member and provided with the driving wiring therein. The sample holder moving mechanism as described.

The sample holder moving mechanism according to claim 2, wherein a connector connected to the driving wiring is provided at a distal end portion of the cylindrical member.

4. The sample holder moving mechanism according to claim 2, further comprising a braking mechanism for braking rotation of the rod-shaped member around its central axis.

The sample chamber that can be evacuated inside, the spare chamber communicating with the sample chamber, and the tip holder can be moved between the sample chamber and the spare chamber with the sample holder held at the tip. A vacuum apparatus having a sample holder moving mechanism, wherein the sample holder moving mechanism is capable of holding a manipulator at the tip, and includes a drive wiring for driving the manipulator. .

The sample holder moving mechanism includes a rod-shaped member for holding the sample holder or the manipulator at a tip portion, and a cylindrical member that is arranged in parallel with the rod-shaped member and includes the drive wiring therein. The vacuum apparatus according to claim 5.

The vacuum apparatus according to claim 6, wherein a connector connected to the driving wiring is provided at a distal end portion of the cylindrical member in the sample holder moving mechanism.

The vacuum apparatus according to claim 6 or 7, wherein the sample holder moving mechanism includes a braking mechanism for braking rotation of the rod-shaped member around its central axis.

A charged particle beam source, an irradiation system lens for controlling the charged particle beam emitted from the charged particle beam source and irradiating the sample, and the inside of which can be evacuated, and a sample holder containing the sample is placed in the inside A sample chamber to be arranged, a spare chamber communicating with the sample chamber, and a sample holder moving mechanism in which the tip portion is movable between the sample chamber and the spare chamber while holding the sample holder at the tip portion; The charged particle beam apparatus according to claim 1, wherein the sample holder moving mechanism is capable of holding a manipulator at the tip, and includes a driving wiring for driving the manipulator.

The sample holder moving mechanism includes a rod-shaped member for holding the sample holder or the manipulator at a tip portion, and a cylindrical member that is arranged in parallel with the rod-shaped member and includes the drive wiring therein. The charged particle beam apparatus according to claim 9.

The charged particle beam apparatus according to claim 10, wherein a connector connected to the driving wiring is provided at a distal end portion of the cylindrical member in the sample holder moving mechanism.

The charged particle beam apparatus according to claim 10 or 11, wherein the sample holder moving mechanism includes a braking mechanism for braking rotation of the rod-shaped member around its central axis.