JP2005044700A - 試料ホルダ - Google Patents

Abstract

【課題】 互いに直交する２軸回りに試料を傾斜可能で且つ試料の表面、裏面の両方を観察できるようにすること。
【解決手段】 ホルダ外筒１１の内端部に設けられた外筒内端フレーム１１ａと、外筒内端フレーム１１ａに支持され且つ前記Ｙ軸方向に延びる第１傾斜軸Ｌ１回りに傾斜可能な第１傾斜体２８と、第１傾斜軸Ｌ１よりも内端側に配置されて前記外筒内端フレーム１１ａに支持され且つ前記Ｙ軸方向に延びる第２傾斜軸Ｌ２回りに傾斜可能な第２傾斜体２９と、第２傾斜体２９により第２傾斜軸Ｌ２に垂直な軸回りに回転可能に支持され且つ内端に試料台５１，５９を支持する試料台支持軸４９と、ホルダ外筒１１内部を貫通してホルダ外筒１１によりスライド可能且つ回転可能に支持された可動軸１２と、可動軸１２の回転時に前記試料台支持軸４９を１８０°以上回転させることが可能且つ湾曲可能な回転用連結部材４６とを備えた試料ホルダ。
【選択図】 図１

Description

本発明は、試料に対する顕微分析作業を行う電子顕微鏡等の荷電粒子線装置の荷電粒子ビーム源（電子銃、イオン銃等）から照射される荷電粒子ビームの通路に試料を保持する試料ホルダに関する。
また、本発明は互いに直交する２軸回りに試料を傾斜させて観察、顕微分析等を行うことが可能な試料ホルダに関する。

近年のマイクロファブリケーション技術の発展により、半導体素子はサブミクロンオーダまで小さくなってきている。このような大きさの半導体回路の欠陥解析には透過型顕微鏡を使う必要が出てきた。また、回路の断面を観察するために、集束イオンビームで試料の任意の場所を切りだし、その場所のナノメートルオーダーの元素分析やサブナノメートルの構造観察も一般的に行われるようになってきた。ここで半導体試料を作るのに最も短時間に試料から観察試料片を切りだすのに使用されるのが集束イオンビーム装置である。
前記集束イオンビーム装置を使用する方法では、切りだした試料片を静電ピンセット（マニピュレータつきの先を尖らせた棒）や金属ピンセットを使って、試料をピンセットに付着させ、試料片を試料台で搬送する方法が一般的に取られている。一度固定された試料は電子顕微鏡のホルダに固定され、電子現微鏡で観察される。

前記観察時に試料が厚すぎたりする場合には再加工が必要になる。特に目的としている部分を残して正確に削られているかは２次電子像で観察すると明瞭に確認できる。ところが表面は確認可能であるが裏面は試料を裏返す必要があるため、通常は試料を一旦真空外に出して裏返しにして観察する。
また、試料の回転が可能な試料ホルダが最近開発され、提案されているが、その場合でも試料をＸＹ２軸方向に傾斜できない。通常、半導体試料はシリコン等の単結晶の上に作成されており、回路の方向は通常は下地の結晶方位に準じて決められているので、晶帯軸（結晶の方位）を正確に合わせて観察することで回路の配線を正面から観察することが理想的な観察条件になっている。

しかしながら、最近提案された試料ホルダにおいても試料の２軸傾斜は可能でないため、上記のような観察を最適の条件で行うことはできない。また、前記従来の２軸傾斜試料ホルダでは、試料の交換に時間がかかるという問題点があった。
本発明は、前述の事情に鑑み、下記の記載内容を課題とする。
（Ｏ01）互いに直交する２軸回りに試料を傾斜可能で且つ試料の表面、裏面の両方を観察できるようにすること。
（Ｏ02）試料を１８０°以上回転させることが可能で、回転時に視野が妨げられないようにして、試料の裏面のＳＥＭ像による観察と直角方向の観察を可能にすること。

次に、前記課題を解決するために案出した本発明を説明するが、本発明の要素には、後述の実施の形態の要素との対応を容易にするため、実施の形態の要素の符号をカッコで囲んだものを付記する。
また、本発明を後述の実施の形態の符号と対応させて説明する理由は、本発明の理解を容易にするためであり、本発明の範囲を実施の形態に限定するためではない。

（第１発明）
前記課題を解決するために、本出願の第１発明の試料ホルダは、次の構成要件（Ａ01）〜（Ａ09）を備えたことを特徴とする、
（Ａ01）互いに垂直な上下に延びるＺ軸、前後に延びるＸ軸、および左右に延びるＹ軸のうちのＺ軸に沿った荷電粒子線の通路の外側を囲むように配置された鏡筒（Ｔａ）をＸ軸方向に貫通する筒状のホルダ装着部材（７）により、Ｘ軸回りに回転可能且つＸ軸に沿ってスライド可能に支持されたホルダ外筒（１１）、
（Ａ02）前記ホルダ外筒（１１）の内端部に設けられた外筒内端フレーム（１１ａ）、
（Ａ03）前記外筒内端フレーム（１１ａ）に支持され且つ前記Ｙ軸方向に延びる第１傾斜軸（Ｌ１）回りに傾斜可能な第１傾斜体（２８）、
（Ａ04）前記第１傾斜軸（Ｌ１）よりも内端側に配置されて前記外筒内端フレーム（１１ａ）に支持され且つ前記Ｙ軸方向に延びる第２傾斜軸（Ｌ２）回りに傾斜可能な第２傾斜体（２９）、
（Ａ05）前記第２傾斜体（２９）により前記第２傾斜軸（Ｌ２）に垂直な軸回りに回転可能に支持され且つ内端側部分に試料（５２，６０）を支持する試料台支持軸（４９）、
（Ａ06）前記ホルダ外筒（１１）内部を貫通して前記ホルダ外筒（１１）によりスライド可能且つ回転可能に支持された可動軸（１２）、
（Ａ07）前記可動軸（１２）が回転した時に回転せず且つスライドした時に連動してスライドするスライド連結部材（３７）と、前記スライド連結部材（３７）のスライド移動に応じて前記第１傾斜体（２８）を傾斜させる傾斜連結部材（４２）とを有するスライド時傾斜用連結部材（３７＋４２）、
（Ａ08）前記第１傾斜体（２８）の傾斜に連動して前記第２傾斜体（２９）を傾斜させる傾斜体連結部材（３１）、
（Ａ09）前記可動軸（１２）の回転時に前記試料台支持軸（４９）を１８０°以上回転させることが可能且つ湾曲可能な回転用連結部材（４６）。

（第１発明の作用）
前記構成を備えた本出願の第１発明の試料ホルダでは、互いに垂直な上下に延びるＺ軸、前後に延びるＸ軸、および左右に延びるＹ軸のうちのＺ軸に沿った荷電粒子線の通路の外側を囲むように配置された鏡筒（Ｔａ）をＸ軸方向に貫通する筒状のホルダ装着部材（７）は、ホルダ外筒（１１）をＸ軸回りに回転可能且つＸ軸に沿ってスライド可能に支持する。
前記ホルダ外筒（１１）の内端部に設けられた外筒内端フレーム（１１ａ）は、第１傾斜体（２８）を、前記Ｙ軸方向に延びる第１傾斜軸（Ｌ１）回りに傾斜可能に支持するとともに、第２傾斜体（２９）を、前記第１傾斜軸（Ｌ１）よりも内端側に配置された前記Ｙ軸方向に延びる第２傾斜軸（Ｌ２）回りに傾斜可能に支持する。
前記第２傾斜体（２９）により前記第２傾斜軸（Ｌ２）に垂直な軸回りに回転可能に支持された試料台支持軸（４９）は、その内端側部分に直接または試料台（５１，５９）等を介して間接に試料（５２，６０）を支持することができる。
可動軸（１２）は、前記ホルダ外筒（１１）内部を貫通して前記ホルダ外筒（１１）によりスライド可能且つ回転可能に支持される。
スライド時傾斜用連結部材（３７＋４２）のスライド連結部材（３７）は前記可動軸（１２）が回転した時に回転せず且つスライドした時に連動してスライドする。傾斜連結部材（４２）は、前記スライド連結部材（３７）のスライド移動に応じて前記第１傾斜体（２８）を傾斜させる。
傾斜体連結部材（３１）は、前記第１傾斜体（２８）の傾斜に連動して前記第２傾斜体（２９）を傾斜させる。
湾曲可能な回転用連結部材（４６）は、前記可動軸（１２）の回転時に前記試料台支持軸（４９）を１８０°以上回転させることができる。
前記試料台支持軸（４９）は第２傾斜体（２９）の傾斜に従って傾斜するが、そのとき、回転用連結部材（４６）は湾曲状態となって回転する。したがって、第２傾斜体（２９）が回転した状態でも、可動軸１２の回転を回転用連結部材（４６）を介して試料台支持軸（４９）に伝達することができる。

前記本出願の第１発明の試料ホルダは、次の構成要件（Ａ010）を備えることが可能である。
（Ａ010）ベローズ（４６ａ）またはコイルバネまたは超弾性ワイヤ等の湾曲可能な弾性体を有する前記回転用連結部材（４６）。
前記構成要件（Ａ010）を備えた試料ホルダでは、ベローズ（４６ａ）またはコイルバネまたは超弾性ワイヤ等の湾曲可能な弾性体を有する前記回転用連結部材（４６）は、湾曲可能で且つ、前記可動軸（１２）の回転時に前記試料台支持軸（４９）を１８０°以上回転させることができる。

前記本出願の第１発明の試料ホルダは、次の構成要件（Ａ011）を備えることが可能である。
（Ａ011）前記第１傾斜体（２８）および第２傾斜体（２９）を連結する板バネ（３１）により構成された前記傾斜体連結部材（３１）。
前記構成要件（Ａ011）を備えた試料ホルダでは、前記第１傾斜体（２８）および第２傾斜体（２９）を連結する前記傾斜体連結部材（３１）は板バネ（３１）により構成されており、前記板バネ（３１）は、前記第１傾斜体（２８）の傾斜に連動して弾性変形しながら前記第２傾斜体（２９）を押したり引っ張ったりして傾斜させる。

前記本出願の第１発明の試料ホルダは、次の構成要件（Ａ012）を備えることが可能である。
（Ａ012）先端部に試料（５２，６０）を保持する針状の試料台（５１，５９）を支持し且つ前記試料台支持軸（４９）に装着された試料台ソケット（５０，５４）。
前記構成要件（Ａ012）を備えた試料ホルダでは、前記試料台支持軸（４９）に装着された試料台ソケット（５０，５４）は、その先端部に針状の試料台（５１，５９）を支持し且つ前記試料台（５１，５９）は試料（５２，６０）を保持する。前記試料台支持軸（４９）は、前記可動軸（１２）の回転時に１８０°以上回転させることができるので、試料台（５１，５９）に支持された試料（５２，６０）は１８０°以上回転可能である。このため、試料（５２，６０）の表裏両面の観察および試料（５２，６０）の表面または裏面に垂直な面を観察することができる。

前述の本発明の試料ホルダは、下記の効果（Ｅ01）,（Ｅ02）を奏することができる。
（Ｅ01）互いに直交する２軸回りに試料を傾斜可能で且つ試料の表面、裏面の両方を観察できるようにすることができる。
（Ｅ02）試料を１８０°以上回転させることが可能で、回転時に視野が妨げられないようにして、試料の裏面のＳＥＭ像による観察と直角方向の観察を可能にすることができる。

次に図面を参照しながら、本発明の試料ホルダの実施の形態を説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
なお、以後の説明の理解を容易にするために、図面において、前後方向をＸ軸方向、左右方向をＹ軸方向、上下方向をＺ軸方向とし、矢印Ｘ，−Ｘ，Ｙ，−Ｙ，Ｚ，−Ｚで示す方向または示す側をそれぞれ、前方、後方、右方、左方、上方、下方、または、前側、後側、右側、左側、上側、下側とする。
また、図中、「○」の中に「・」が記載されたものは紙面の裏から表に向かう矢印を意味し、「○」の中に「×」が記載されたものは紙面の表から裏に向かう矢印を意味するものとする。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の試料ホルダが顕微作業装置としての走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）に装着された状態を示す図である。
図１において、本発明の顕微作業装置の実施の形態１としての走査型透過電子顕微鏡Ｔは、内部を真空に保持された鏡筒（外壁）Ｔａを有している。鏡筒Ｔａは鉛直なＺ軸に沿って配置されている。鏡筒Ｔａの中間部にはゴニオ支持ステージＧＳおよびゴニオメータＧＭが設けられている。

図１において、鏡筒Ｔａの一部を構成するゴニオ支持ステージＧＳの内部には、上下方向に延びるＺ軸（上下軸）に沿った電子ビームの通路が形成されている。ゴニオ支持ステージＧＳは前記Ｚ軸に垂直なＸ軸方向（前後方向）に延び且つ前記鏡筒Ｔａの内外を連通させるゴニオメータ装着孔１と、前記ゴニオメータ装着孔１の内端部に設けられた軸受支持部材２および球面軸受け３と、前記ゴニオメータ装着孔１の外端部に設けられた軸受４とを有する。

ゴニオメータＧＭは前記軸受４により回転可能に支持された回転部材６と、前記回転部材６および前記球面軸受３により支持された円筒状のホルダ装着部材７を有している。前記ホルダ装着部材７は前記回転部材６の中心線回りに所定角度範囲内で回動可能且つ前記球面軸受３の球面中心回りに所定角度範囲内で上下および左右に回動可能に支持されている。前記ゴニオメータＧＭの円筒状のホルダ装着部材７には、試料ホルダＨが装着されている。このような構成を有するゴニオ支持ステージＧＳおよびゴニオメータＧＭは従来周知（特開平１１−２０４０７４号公報、特開２０００−２６８７５８号公報、特開２０００−３１５４７１号公報、等参照）である。

前記鏡筒Ｔａの上端に設けた電子銃（図示せず）から出射した電子ビームはＺ軸に沿って下方に進み、順次、鏡筒Ｔａ内部に配置された集束レンズ（図示せず）、走査コイル（図示せず）を通過して、対物レンズＲの上磁極Ｒ１および下磁極Ｒ２の間の電子ビームの集束位置（ビームフォーカス位置、試料観察位置）Ｆ1（図１参照）で集束してから、投影レンズ（図示せず）等を通過して下端部に配置したＴＥＭ用撮像装置（図示せず）に到達するように構成されている。なお、対物レンズＲの上方にはＳＥＭ用の２次電子検出器（図示せず）が配置されている。
前記試料ホルダＨの内端部には試料（後述）が保持され、その試料は前記電子ビームの集束位置（ビームフォーカス位置）Ｆ1に配置される。

図２は試料ホルダの全体説明図である。
図１、図２において、試料ホルダＨは、外筒１１および前記外筒１１の内部に回転可能且つスライド可能に支持された可動軸１２を有している。
図２において、外筒１１の外端（後端、すなわち、−Ｘ端）にはリング状プレート１３が固定されており、リング状プレート１３には後方（−Ｘ方向）に突出する一対の後方突出アーム１４，１４が固定されている。前記後方突出アーム１４，１４の後部（−Ｘ部）は連結部材１５により連結されている。

前記連結部材１５の下面（−Ｚ面）にはＸ軸回転モータＭｘが支持されており、上面にはＹ軸傾斜モータＭｙが支持されている。Ｘ軸回転モータＭｘの出力軸１７にはギヤＧ１が固着されている。ギヤＧ１は前記可動軸１２の後端部に固着されたギヤＧ２と噛み合っている。Ｙ軸傾斜モータＭｙの出力軸１８の外周には雄ネジ１８ａが形成されている。前記雄ネジ１８ａは枠状のスライダ１９の後部の雌ネジ１９ａに螺合している。
スライダ１９は左右（Ｙ軸方向）に突出する回り止めアーム１９ｂ，１９ｃを有している。回り止めアーム１９ｂ，１９ｃは前記後方突出アーム１４，１４上面に支持されている。スライダ１９の前端に設けた前端プレート１９ｄの前面は前記可動軸１２の後端面に対向して配置されている。前記可動軸１２から後方に突出する後方突出軸１２ａは前記前端プレート１９ｄを貫通して後方に延びている。前記後方突出軸１２ａにはリングプレート２０およびナット２１が装着されている。前記後方突出軸１２ａは前記可動軸１２と一体に構成したり、別体に構成して固着したりすることが可能である。

前記後方突出軸１２ａの外周面には雄ネジが形成されており前記雄ネジには前記ナット２１が螺合している。前記可動軸１２の後端面と前端プレート１９ｄの前面との間、および前端プレート１９ｄの後面とリングプレート２０との間にボール２２を挟んだ状態で、前記ナット２１が締めつけられている。前記符号２０〜２２で示された要素により、スライダ１９と可動軸１２とは相対的に回転可能且つスライド方向の相対移動不能に連結されている。前記符号２０〜２２で示された要素により、相対回転可能且つ軸方向相対移動不能連結部材（２０〜２２）が構成されている。前記相対回転可能且つ軸方向相対移動不能連結部材（２０〜２２）により、前記Ｘ軸回転モータＭｘが回転したとき、ギヤＧ１，Ｇ２および可動軸１２が回転するが、スライダ１９は回転しないようになっている。
また、Ｙ軸傾斜モータＭｙが回転すると、スライダ１９が後方突出アーム１４，１４の上面にガイドされて、可動軸１２と一体的にＸ軸方向にスライドする。

図３は試料ホルダの内端部の拡大図で、図３Ａは平面図、図３Ｂは側面図で前記図３ＡのIIIＢ−IIIＢ線から見た図である。
図４は前記図３に示す試料ホルダ内端部の斜視図である。
図３、図４において、外筒１１の前端には２本のアーム（外筒内端フレーム）１１ａ，１１ａが前方に突出して設けられている。前記アーム１１ａ，１１ａには左右一対の第１ボルト２６，２６および第２ボルト２７，２７がＸ軸方向に間隔を空けて支持されており、前記第１ボルト２６よりも第２ボルト２７の方が前端側（Ｘ側）に配置されている。第１ボルト２６および２６は、図３に示すように左右方向（Ｙ軸方向）に対向して配置され、第２ボルト２７および２７も左右方向に対向して配置されている。

前記左右方向に対向して配置された第１ボルト２６，２６の軸線により第１傾斜軸Ｌ１が形成され、第２ボルト２７，２７の軸線により第２傾斜軸Ｌ２が形成される。
前記第１ボルト２６および第２ボルト２７は、前記アーム１１ａに螺合して固定されており、第１ボルト２６の先端部にはネジの無い軸部分２６ａが形成されている。第２ボルト２７の先端部には球２７ａが回転可能に保持されている。

前記アーム１１ａ，１１ａの内側には第１傾斜体２８，２８が配置されており、第１傾斜体２８，２８には軸嵌合孔２８ａ，２８ａが形成されている。軸嵌合孔２８ａ，２８ａは前記第１ボルト２６，２６の軸部分２６ａ，２６ａに回転可能に嵌合しており、前記軸部分２６ａ，２６ａにより前記第１傾斜体２８，２８は第１傾斜軸Ｌ１回りに傾斜可能である。

前記アーム１１ａ，１１ａの内側の第１傾斜体２８，２８よりも前方向（Ｘ方向）には第２傾斜体２９が配置されており、第２傾斜体２９は前後に延びる左右一対のアーム部２９ａ，２９ａと、前記一対のアーム部２９ａ，２９ａの後部（−Ｘ側部分）を接続する接続部２９ｂとを有している。前記一対のアーム部２９ａ，２９ａの外側面には凹部２９ｃ，２９ｃ（図３参照）が形成されている。前記凹部２９ｃ，２９ｃには前記第２ボルト２７先端部の球２７ａが回転可能に嵌合しており、前記球２７ａ，２７ａにより前記第２傾斜体２９は第２傾斜軸Ｌ２回りに傾斜可能である。

前記第２傾斜体２９の接続部２９ｂには試料台支持用の貫通孔２９ｄが形成されている。試料台については後述する。
なおこの実施の形態１では、前記傾斜体２８，２８は別体に構成されているが、前記第２傾斜体２９の接続部２９ｂと同様の接続部により傾斜体２８，２８を一体的に接続した構成とすることが可能である。
図３において、前記第２傾斜体２９の接続部２９ｂの左右端部の下面と前記第１傾斜体２８，２８の前端部上面とは、板バネ３１，３１により連結されている。

図３において、可動軸１２の前端面には円筒軸３６が固定されて前方に突出している。前記円筒軸３６は、前記可動軸１２の前端面に対向して配置された回転防止プレート（スライド連結部材）３７を貫通している。前記円筒軸３６にはリングプレート３８およびナット３９が装着されている。
前記円筒軸３６の外周面には雄ネジが形成されており前記雄ネジには前記ナット３９が螺合している。前記可動軸１２の前端面（Ｘ側端面）と回転防止プレート３７の後面（−Ｘ側端面）との間、および回転防止プレート３７の前面（Ｘ側端面）とリングプレート３８の後面（−Ｘ側端面）との間にそれぞれボール４０を挟んだ状態で、前記ナット３９が締めつけられている。
図３、図４において、前記回転防止プレート３７には左右に延びる一対のアーム３７ａ，３７ａ（図３、図４参照）と、下部の左右において前方に突出して設けた板バネ連結部３７ｂ，３７ｂ（図３参照）とを有している。前記一対のアーム３７ａ，３７ａは、外筒１１の左右のアーム１１ａ，１１ａの上端に支持されている。このため、回転防止プレート３７はＸ軸回りに回転不可能である。

前記符号３６，３９〜４０で示された要素により、可動軸１２と回転防止プレート３７とは相対的に回転可能且つスライド方向の相対移動不能（一体的にスライド可能）に連結されている。また、前記符号３６，３９〜４０で示された要素により、前記Ｘ軸回転モータＭｘが回転したとき、ギヤＧ１，Ｇ２、可動軸１２、円筒軸３６、リングプレート３８およびナット３９は回転するが、回転防止プレート３７は回転しないように構成されている。したがって、回転防止プレート３７は、前記可動軸（１２）が回転した時に回転せず且つスライドした時に連動してスライドするスライド連結部材（３７）として構成されている。
また、前記Ｙ軸傾斜モータＭｙが回転したとき前記スライダ１９（図２参照）が後方突出アーム１４，１４の上面にガイドされて、可動軸１２と一体的にＸ軸方向にスライドすると共に、前記可動軸１２と一体的に円筒軸３６および回転防止プレート３７等がスライド移動する。

図３Ｂにおいて、前記板バネ連結部３７ｂの下面と前記第１傾斜体２８の下面とは板バネ４２により連結されている。前記板バネ４２は、前記回転防止プレート（スライド連結部材）３７のスライド移動に応じて前記第１傾斜体２８を傾斜させる傾斜連結部材（４２）として構成されている。
前記回転防止プレート（スライド連結部材）３７と、前記回転防止プレート（スライド連結部材）３７のスライド移動に応じて前記第１傾斜体２８を傾斜させる板バネ（傾斜連結部材）４２とにより、スライド時傾斜用連結部材（３７＋４２）が構成されている。

図５は回転防止プレートがＸ軸方向にスライドしたときの第１傾斜体と第２傾斜体との姿勢の変化を示す図で、図５Ａは通常状態、図５Ｂは回転防止プレートが前進した状態、図５Ｃは回転防止プレートが後退した状態を示す図である。
図５Ａの状態で回転防止プレート３７が前進すると、回転防止プレート３７の板バネ連結部３７ｂが前進する。このとき、図５Ｂに示すように、第１傾斜体２８，２８が第１傾斜軸Ｌ１回りに時計方向に回転し且つ第２傾斜体２９が第２傾斜軸Ｌ２回りに反時計方向に回転する。このとき板バネ４２，３１は図５Ｂに示すようになる。
図５Ａの状態で回転防止プレート３７が後退すると、回転防止プレート３７の板バネ連結部３７ｂが後退する。このとき、図５Ｃに示すように、第１傾斜体２８，２８が第１傾斜軸Ｌ１回りに反時計方向に回転し且つ第２傾斜体２９が第２傾斜軸Ｌ２回りに時計方向に回転する。このとき板バネ４２，３１は図５Ｃに示すようになる。

図６は針状の試料台を回転可能に支持する第２傾斜体と可動軸の回転に連動して前記試料台を回転させる回転用連結部材の説明図で、図６Ａは平面図、図６Ｂは側面図で前記図６Ａの矢印ＶIＢから見た図である。
図７は針状の試料台を回転可能に支持する第２傾斜体と可動軸の回転に連動して前記試料台を回転させる回転用連結部材の説明図で、図７Ａは部分分解平面図、図７Ｂは部分分解側面図である。
図６、図７において、前記円筒軸３６の前端部にはピン４５が貫通し且つ固着されている。
回転用連結部材４６は、金属ベローズ４６ａとその両端に連結した円筒部材４６ｂ，４６ｂとを有している。円筒部材４６ｂには一対のスリット４６ｃが対向して形成されている。前記回転用連結部材４６の後端側の円筒部材４６ｂには前記円筒軸３６の前端部分が嵌合しており、前記後端側の円筒部材４６ｂの一対のスリット４６ｃには、前記円筒軸３６に固着されたピン４５の両端がスライド可能に係合している。

前記回転用連結部材４６の前端側の円筒部材４６ｂには円筒状の支持軸保持部材４７がスライド可能に嵌合しており、前記前端側の円筒部材４６ｂの一対のスリット４６ｃには、前記円筒状の支持軸保持部材４７に固着されたピン４８の両端がスライド可能に係合している。前記円筒状の支持軸保持部材４７には前方に突出する試料台支持軸４９が嵌合状態で固着されている。
前記試料台支持軸４９は前記第２傾斜体２９の試料台支持用の貫通孔２９ｄを回転可能に貫通して、接続部２９ｂの前方に突出している。

図８は試料を保持する試料台および試料台ソケットの説明図で、図８Ａは平断面図、図８Ｂは前記図８Ａの矢印ＶIIIＢで示す部分の拡大図である。
図６〜図８において、前記試料台支持軸４９の前端部には試料台ソケット５０が装着されている。試料台ソケット５０には前方に延びる針状の試料台５１が固着されている。前記針状の試料台５１は直径数１００μｍ以下の針状部材であり、その前端には試料５２が、金属のデポジションによって析出した金属や接着剤等により固着されている。

（実施の形態１の作用）
前記構成を備えた実施の形態１の試料ホルダＨでは、Ｘ軸回転モータＭｘを回転駆動することによって、ギヤＧ１及びギヤＧ２を介して可動軸１２がＸ軸回りに回転する。前記可動軸１２の回転に伴い可動軸１２に固定支持された円筒軸３６が回転し、円筒軸３６のピン４５により回転用連結部材４６に回転が伝達される。そして、回転用連結部材４６の回転がピン４８によって試料台支持軸４９に回転が伝達され、試料５２がＸ軸回りに回転する。したがって、前記Ｘ軸回転モータＭｘを回転駆動することによって、試料５２を収束位置（試料観察位置）Ｆ１でＸ軸回りに回転した状態で電子ビームにより観察することができる。このときの、Ｘ軸回りの回転は、Ｘ軸回転モータＭｘの駆動により任意の範囲で調節でき、３６０°以上回転させることも可能である。

この結果、実施の形態１の試料ホルダＨは、試料５２を１８０°以上回転させることが可能であり、回転時に視野が妨げられないようにして、試料５２の裏面のＳＥＭ像による観察と直角方向の観察を可能にすることができる。また、試料５２を１８０°回転させて裏返すことができるので、従来のように、試料５２の裏面を観察する際に一旦真空外に試料を出して裏返す作業を省略することができ、試料観察作業の作業時間の短縮及び作業効率を高めることができる。
なお、前記Ｘ軸回転モータＭｘが回転しても、前記回転防止プレート３７は、リングプレート３８やボール４０等によって回転しないので、第１傾斜体２８が第１傾斜軸Ｌ１回りに傾斜することはない。即ち、Ｘ軸回転モータＭｘ回転時に、図５に示すような第１傾斜体２８及び第２傾斜体２９の第２傾斜軸Ｌ２回りの傾斜は発生せず、試料５２が第２傾斜軸Ｌ２（Ｙ軸）回りに回転することはない。

一方、Ｙ軸回転モータＭｙを回転駆動すると、Ｙ軸傾斜モータＭｙの出力軸１８がＸ軸回りに回転するが、後方突出アーム１４によってスライダ１９が回転不能に支持されているので、雄ネジ１８ａと雌ネジ１９ａとの螺合により、スライダ１９は前後方向（Ｘ軸方向）にスライド移動する。前記スライダ１９のスライド移動に伴い、可動軸１２及び回転防止プレート３７が前後方向にスライド移動する。したがって、図５に示すように、回転防止プレート３７の前後方向の移動に応じて、第１傾斜体２８及び第２傾斜体２９が、Ｙ軸に平行な第１傾斜軸Ｌ１及び第２傾斜軸Ｌ２回りに傾斜する。この結果、Ｙ軸回転モータＭｙを回転駆動することによって、第２傾斜軸Ｌ２上に配置された試料５２をＹ軸回りに傾斜（回転）させた状態で観察することができる。

前記第１傾斜体２８及び第２傾斜体２９が、Ｙ軸に平行な第１傾斜軸Ｌ１及び第２傾斜軸Ｌ２回りに傾斜した状態では、前記回転用連結部材４６のベローズ４６ａが湾曲状態となるが、その湾曲状態でも、回転用連結部材４６は回転可能である。
したがって、実施の形態１の試料ホルダＨは、Ｙ軸回転モータＭｙにより試料５２をＹ軸回りに傾斜させることができ、且つ、Ｘ軸回転モータＭｘにより試料５２をＸ軸回りに１８０°以上回転させることができる。この結果、試料５２を互いに直交するＸ軸およびＹ軸回りにそれぞれ独立に回転させることが可能となる。また、前記Ｘ軸回りには試料５２を１８０°以上回転可能であるので、試料の表面、裏面の両方を観察できるようにすることができる。

（実施の形態２）
図９は本発明の実施の形態２の要部説明図で、図９Ａは試料台ソケットに試料を針状の試料台を装着する前の状態を示す図、図９Ｂは前記図９ＡのIＸＢ-IＸＢ線断面図、図９Ｃは試料台ソケットに針状の試料台を装着する作業を開始した時の状態を示す図、図９Ｄは試料台ソケットに針状の試料台を装着する作業を終了したときの状態を示す図である。
なお、この実施の形態２の説明において、前記実施の形態１の構成要素に対応する構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
この実施の形態２は、前記実施の形態１の試料台支持軸４９の前端に装着される試料台ソケット５０の代わりに試料台ソケット５４を使用する点で、前記実施の形態１と相違している。また前記試料台ソケット５４に装着可能な試料台は実施の形態１の針状の試料台５１の代わりにプレート状の試料台５９（後述）を使用することが可能である。また、試料台５９としては、ＦＩＢ（Focused Ion Beam）試料の一般的な形の半月状のメッシュまたは通常ＴＥＭに使用されるメッシュ等を使用することが可能である。
本実施の形態２は、その他の点では前記実施の形態１と同様に構成されている。

図９Ａにおいて、試料台ソケット５４は、ソケット本体５５を有している。ソケット本体５５は、前記試料台支持軸４９（図６、図７参照）の先端に嵌合する嵌合孔５５ａを有している。前記ソケット本体５５にはワイヤ挿通孔５５ｂが合計４個形成されている（図９Ａ、図９Ｂ参照）。ソケット本体５５の上方に配置される固定用プレート５６には、前記ワイヤ挿通孔５５ｂを下方から上方に貫通する一対のＵ字型ワイヤ５７，５７の上端が固着されている。なお、前記Ｕ字型ワイヤ５７，５７の代わりに、Ｕ字型金属棒を使用することが可能である。
形状記憶合金製の一対の棒状部材５８，５８は、図９Ｂから分かるように、前記Ｕ字型ワイヤ５７，５７の下部の上側に配置されており、前記上端が固定用プレート５６に固着されたＵ字型ワイヤ５７，５７の上方への移動を規制している。

図９Ａ、図９Ｂの状態において、前記Ｕ字型ワイヤ５７，５７を下から押し上げて、形状合金製の棒状部材５８，５８を曲げて前記固定用プレート５６を上方に持ち上げて図９Ｃの状態とし、その状態（図９Ｃの状態）で、ソケット本体５５の上面と固定用プレート５６との間の空間を広げて、前記空間内にプレート状の試料台５９を挿入する。その状態で赤外線を照射する等の機械的な力の作用しない手段で加熱すると、形状記憶効果で、形状記憶合金の棒状部材５８，５８は元の形状に戻り、試料台５９およびその前端に固着された試料６０は試料台ソケット５４にしっかりと固定される。
この実施の形態１では形状記憶合金を使用して試料台５９を試料台ソケット５９に固定したが、ネジ止めや、板バネに挟んで固定する方法等を採用することが可能である。

（変更例）
以上、本発明の実施の形態を詳述したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例を下記に例示する。
（Ｈ01）前記実施の形態において、回転用連結部材としての金属ベローズ４６ａに替えて、コイルバネを使用することも可能である。また、その回転用連結部材として湾曲可能な超弾性ワイヤ（非常に柔らかいワイヤ）等の湾曲可能な弾性体を使用可能である。

図１は本発明の実施の形態１の試料ホルダが顕微作業装置としての走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）に装着された状態を示す図である。 図２は試料ホルダの全体説明図である。 図３は試料ホルダの内端部の拡大図で、図３Ａは平面図、図３Ｂは側面図で前記図３ＡのIIIＢ−IIIＢ線から見た図である。 図４は前記図３に示す試料ホルダ内端部の斜視図である。 図５は回転防止プレートがＸ軸方向にスライドしたときの第１傾斜体と第２傾斜体との姿勢の変化を示す図で、図５Ａは通常状態、図５Ｂは回転防止プレートが前進した状態、図５Ｃは回転防止プレートが後退した状態を示す図である。 図６は針状の試料台を回転可能に支持する第２傾斜体と可動軸の回転に連動して前記試料台を回転させる回転用連結部材の説明図で、図６Ａは平面図、図６Ｂは側面図で前記図６Ａの矢印ＶIＢから見た図である。 図７は針状の試料台を回転可能に支持する第２傾斜体と可動軸の回転に連動して前記試料台を回転させる回転用連結部材の説明図で、図７Ａは部分分解平面図、図７Ｂは部分分解側面図である。 図８は試料を保持する試料台および試料台ソケットの説明図で、図８Ａは平断面図、図８Ｂは前記図８Ａの矢印ＶIIIＢで示す部分の拡大図である。 図９は本発明の実施の形態２の要部説明図で、図９Ａは試料台ソケットに試料を針状の試料台を装着する前の状態を示す図、図９Ｂは前記図９ＡのIＸＢ-IＸＢ線断面図、図９Ｃは試料台ソケットに針状の試料台を装着する作業を開始した時の状態を示す図、図９Ｄは試料台ソケットに針状の試料台を装着する作業を終了したときの状態を示す図である。

符号の説明

Ｌ１…第１傾斜軸、
Ｌ２…第２傾斜軸、
Ｔａ…鏡筒、
７…ホルダ装着部材、
１１…ホルダ外筒、
１１ａ…外筒内端フレーム（アーム）、
１２…可動軸、
２８…第１傾斜体、
２９…第２傾斜体、
３１…傾斜体連結部材（板バネ）、
３７…スライド連結部材（回転防止プレート）、
４２…傾斜連結部材（板バネ）、
４６…回転用連結部材、
４６ａ…ベローズ（コイルバネ）
４９…試料台支持軸、
５０，５４…試料台ソケット、
５１，５９…試料台、
５２，６０…試料、
（３７＋４２）…スライド時傾斜用連結部材、

Claims (4)

1. 次の構成要件（Ａ01）〜（Ａ09）を備えた試料ホルダ、
   （Ａ01）互いに垂直な上下に延びるＺ軸、前後に延びるＸ軸、および左右に延びるＹ軸のうちのＺ軸に沿った荷電粒子線の通路の外側を囲むように配置された鏡筒をＸ軸方向に貫通する筒状のホルダ装着部材により、Ｘ軸回りに回転可能且つＸ軸に沿ってスライド可能に支持されたホルダ外筒、
   （Ａ02）前記ホルダ外筒の内端部に設けられた外筒内端フレーム、
   （Ａ03）前記外筒内端フレームに支持され且つ前記Ｙ軸方向に延びる第１傾斜軸回りに傾斜可能な第１傾斜体、
   （Ａ04）前記第１傾斜軸よりも内端側に配置されて前記外筒内端フレームに支持され且つ前記Ｙ軸方向に延びる第２傾斜軸回りに傾斜可能な第２傾斜体、
   （Ａ05）前記第２傾斜体により前記第２傾斜軸に垂直な軸回りに回転可能に支持され且つ内端側部分により試料を支持する試料台支持軸、
   （Ａ06）前記ホルダ外筒内部を貫通して前記ホルダ外筒によりスライド可能且つ回転可能に支持された可動軸、
   （Ａ07）前記可動軸が回転した時に回転せず且つスライドした時に連動してスライドするスライド連結部材と、前記スライド連結部材のスライド移動に応じて前記第１傾斜体を傾斜させる傾斜連結部材とを有するスライド時傾斜用連結部材、
   （Ａ08）前記第１傾斜体の傾斜に連動して前記第２傾斜体を傾斜させる傾斜体連結部材、
   （Ａ09）前記可動軸の回転時に前記試料台支持軸を１８０°以上回転させることが可能且つ湾曲可能な回転用連結部材。
2. 次の構成要件（Ａ010）を備えたことを特徴とする請求項１記載の試料ホルダ、
   （Ａ010）ベローズまたはコイルバネまたは超弾性ワイヤ等の湾曲可能な弾性体を有する前記回転用連結部材。
3. 次の構成要件（Ａ011）を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の試料ホルダ、
   （Ａ011）前記第１傾斜体および第２傾斜体を連結する板バネにより構成された前記傾斜体連結部材。
4. 次の構成要件（Ａ012）を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか記載の試料ホルダ、
   （Ａ012）先端部に試料を保持する針状の試料台を支持し且つ前記試料台支持軸に装着された試料台ソケット。
   
   

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