JP4095859B2 - 粒子線装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は粒子線装置に関し、特に粒子線装置の試料交換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１は従来の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の概略と試料ステージを示し、図２は試料交換装置を示したものである。走査型電子顕微鏡は電子銃１で発生した電子ビームをコンデンサレンズ２，対物レンズ３を通して試料室４内の試料５上を走査しながら照射し、試料から出てくる２次電子を２次電子検出器６でとらえて試料表面の形状を観察する。試料室４には試料ステージ７が取付けられ、Ｔベース８上にＸテーブル９，Ｙテーブル１０，試料５を回転させるＲ部１１が取付けられ、Ｔベース８はＺテーブル１２に連結され、試料５に傾斜を与え、Ｚテーブル１２は試料を垂直方向に移動させる。Ｒ部１１にホルダ受け１３が取付けられ、試料ホルダ１４がホルダ受け１３に保持される。試料交換室１５はゲートバルブ１６を介して試料室４に取付けられ、試料交換室１５の端面には交換棒ガイド１７が取付けられ、交換棒ガイド１７に交換棒１８が軸方向移動，回転自在に取付けられる。試料ステージにはホルダ受けが備えられている。１８〜２２は試料室４，試料交換室１５，電子銃室２２等を真空に引く真空排気系である。
【０００３】
図３は試料ステージ７のホルダ受け１３に試料ホルダ１４が挿入，保持された状態を示したものである。図４は図３のＡ−Ａ線矢視図である。次に試料交換方法について述べる。試料５を試料ステージ７に取付けるときは、試料交換室１５を大気開放し、試料５が載置された試料ホルダ１４に設けられたメネジ部２３に交換棒先端のオネジ部２４をねじ込む。試料交換室１５を真空排気し、所定の圧力になってからゲートバルブ１６を開き、交換棒１８を押し込んで試料ホルダ１４を試料室４内に導入する。さらに交換棒１８を押し込みホルダ受け１３に試料ホルダを挿入する。試料ホルダは押えバネ２５ａ，２５ｂで下方に押され、押えバネ２６で左方向に押されてホルダ受け内に保持される。交換棒１８を試料ホルダ１４のメネジ部２３からはずし、試料交換室１５に引き戻し、ゲートバルブ１６を閉じる。その後、電子顕微鏡観察が行われる。観察が終わり、試料５を試料ステージ７から取ってくるときは、試料交換室１５が所定の圧力になってからゲートバルブ１６を開き、交換棒１８を試料室４内に押し込み、先端のオネジ部２４を試料ホルダ１４のメネジ部２３にねじ込み、試料ホルダ１４を試料交換室１５に引き戻す。ゲートバルブ１６を閉じ、試料交換室１５を大気開放し、試料ホルダ１４を交換棒１８からはずす。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、交換棒１８に試料ホルダ１４を脱着するとき、交換棒１８を何回も回転しなければならず、作業性が悪かった。また、試料ホルダ１４のメネジ部２３，交換棒１８のオネジ部２４が損傷し、交換棒１８と試料ホルダ１４との脱着ができなくなったり、特にメネジ部２３の入口部、オネジ部２４の先端部が損傷しやすく、このとき、少しのねじ込みしかできず、試料ホルダ１４が移送中に落下してしまうことがあった。さらに、試料ホルダ１４への交換棒１８のねじ込みが甘いと交換室１５から移送途中で試料ホルダ１４が回転して水平が保てなくなり、ホルダ受け１３に挿入できなかったり、試料交換室１５に移送するとき試料５が大きい場合はゲートバルブ１６に引っかかって引き戻せなくなることがあった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記課題を解決するために、試料を交換する試料交換棒が外筒と軸とで構成され、軸は外筒の内部に回転可能に配置され、軸先端には引っ掛け具が取り付けられ、外筒先端に二個の弾性体が水平方向に引っ掛け具をはさむように対称な位置に取付けて試料ホルダの保持機構とし、試料ホルダを試料交換室と試料ステージのホルダ受け保持機構との間を移送する間、水平，垂直方向に保持するようにし、試料ホルダには引っ掛け具受けが取付けられ、引っ掛け具受けの両側に弾性体部材によって保持される部位を設け、試料ホルダを試料交換室と試料ステージのホルダ受けの保持機構との間を移送する間の外筒に設けた試料ホルダの保持機構の保持力が、試料ステージに備えられた試料ホルダの保持機構の保持力より小さく設定され、試料交換棒の軸を所定の角度回転させると軸先端部の引っ掛け具と試料ホルダの引っ掛け具受けとが軸方向に重なって、引っ掛け具が引っ掛け具受けを引っ掛けてホルダ受けから試料ホルダを離脱させることができ、軸を逆方向に所定の角度回転させると軸先端部の引っ掛け具と試料ホルダの引っ掛け具受けとの重なりがなくなり、試料交換軸を試料ホルダから引抜くことができるようにしたことを特徴とした粒子線装置を提供する。
【０００６】
交換棒を交換軸と交換棒外筒で構成し、交換軸先端に引っ掛け具を固定し、交換棒外筒先端の交換ホルダには２個の弾性体が水平方向に引っ掛け具をはさむように対称な位置に取付けられ、試料ホルダには引っ掛け具とその両側に交換ホルダの２個の弾性体に保持される部位が設けられている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明実施例を説明する。図５に本発明の第一の実施例を示す。図６は図５の平面図である。試料交換棒３０は外筒３１と軸３２からなる。外筒３１は試料交換室３３に取付けられた交換棒ホルダ３４に軸方向に移動可能に挿入され、軸３２は外筒３１に回転自在に挿入されている。試料交換室３３と交換棒ホルダ３４の真空シールはＯリング３５で、交換棒ホルダ３４と外筒３１の真空シールはＯリング３６で、外筒３１と軸３２の真空シールはＯリング３７で行われる。軸３２先端にはメネジが切られ、引っ掛け具３８がねじ込まれ、接着剤でゆるみ止めがなされる。外筒３１の先端には２個のバナナチップ39ａ，３９ｂが水平方向に引っ掛け具３８をはさむように対称な位置に取付けられている。
【０００８】
バナナチップはソケットに挿入、はずすことにより電気信号を接断する電気部品として広く使われているものであり、心棒の回りに４枚の板状のバネが配置された構成となっている。試料交換棒３０の回転止め具４０が外筒３１の後端に固定され、回転止め具４０の下部に設けられた穴に一端が試料交換室３３の下面に固定された回転止め軸４１が挿入され、回転止め具４０，試料交換棒３０が軸方向に移動可能で、試料交換棒３０は回転を規制される。軸３２後端にはつまみ４２が取付けられている。
【０００９】
図７は本発明の第一の実施例の試料ホルダ側を示した図である。図８は図７のＢ−Ｂ線に沿う側面断面図であり、図１２は図１１のＣ矢視図である。試料ホルダ４３には引っ掛け具受け４４が固定され、その両側にバナナチップ３９ａ，３９ｂが挿入される２個の穴４５ａ，４５ｂが設けられている。
【００１０】
図９は引っ掛け具３８と引っ掛け具受け４４の位置関係を示した図である。試料ホルダ４３を試料ステージに取付けるときは、試料交換室を大気開放し、試料交換棒３０の軸を時計方向に回転させて引っ掛け具３８をバナナチップ３９ａに接触させる（一点鎖線）。この状態では引っ掛け具３８と引っ掛け具受け４４は軸方向に重ならないように位置関係が設定されている。この状態で試料ホルダ４３の穴４５ａ，４５ｂ穴にバナナチップ３９ａ，３９ｂを挿入する。バナナチップ３９ａ，３９ｂは、引っ掛け具３８の先端部が引っ掛け具受け４４の平面部に接触するまで挿入する。
【００１１】
試料交換室３３を所定の圧力に下げ、ゲートバルブを開け、つまみ４２を押して試料ホルダ４３を試料室内に導入し、さらに押してホルダ受け４６に挿入，保持する。試料ホルダ４３のホルダ受け４６への保持は押えバネ４７ａ，４７ｂ，４８で行う。試料ホルダ４３は押えバネ４７ａ，４７ｂで下方に押され、押えバネ４８で左方向に押されてホルダ受け４６内に保持される。その後、つまみ４２を引いてバナナチップ３９ａ，３９ｂを試料ホルダの穴４５ａ，４５ｂから引き抜く。さらに引いて試料交換棒３０を試料交換室３３に引き戻し、ゲートバルブを閉じる。試料ホルダ４３に対するバナナチップ３９ａ，３９ｂの保持力は試料ホルダ４３に対する押えバネ４７ａ，４７ｂ，４８の保持力より小さくなるように試料ホルダ４３の穴４５ａ，４５ｂの径が設定されている。すなわち、バナナチップ３９ａ，３９ｂと穴４５ａ，４５ｂの試料交換棒３０の軸方向の摩擦力は試料ホルダ４３とホルダ受け４６，押えバネ４７ａ，４７ｂ，４８の試料交換棒３０の軸方向の摩擦力より小さく設定されており、バナナチップ３９ａ，３９ｂを穴４５ａ，４５ｂから引き抜く時、試料ホルダ４３はホルダ受け４６に保持された状態で試料ステージに残る。
【００１２】
試料ホルダ４３を試料ステージから試料交換室３３に引き戻すときは、試料交換室３３を所定の圧力にし、試料交換軸を時計方向に回転させて引っ掛け具３８（実線）をバナナチップ３９ｂに接触させる。ゲートバルブを開け、つまみ４２を押して試料交換棒３０を試料室内に導入し、さらに押して試料ホルダ４３の穴４５ａ，４５ｂにバナナチップ３９ａ，３９ｂを挿入し、引っ掛け具３８の先端部を引っ掛け具受け４４の平面部に接触させる。つまみ４２を反時計方向に回し、引っ掛け具３８を回転させてバナナチップ３９ｂに接触させる（実線）。
【００１３】
この状態では引っ掛け具３８と引っ掛け具受け４４は軸方向に重なるように位置関係が設定されている。つまみ４２を引くと引っ掛け具３８が引っ掛け具受け４４に引っかかり、さらに引いて試料ホルダ４３をホルダ受け４６から引き抜き、試料交換室３３まで引き戻す。ゲートバルブを閉め、試料交換室３３を大気開放し、つまみ４２を時計方向に回転させて引っ掛け具３８をバナナチップ３９ａに接触させ、試料ホルダ４３をバナナチップ３９ａ，３９ｂから引き抜く。
【００１４】
バナナチップ３９ａ，３９ｂの試料ホルダ４３の穴４５ａ，４５ｂに対する保持力は移送中にはずれない程度に設定すれば良い。すなわち、外筒３１と交換軸ホルダ３４との小さなすきま内で外筒３１が傾いて、試料ホルダ４３がバナナチップ３９ａ，３９ｂから抜け落ちるのを防止するだけの摩擦力を付与すれば良い。このため大気開放された試料交換室３３のおける試料交換棒３０への試料ホルダ４３の脱着作業は、小さな力でバナナチップ３９ａ,３９ｂを穴４５ａ,４５ｂに差込み、抜き出すだけで良いので、試料交換棒３０に試料ホルダ４３を容易に取付けることができ、試料交換棒３０から試料ホルダ４３を取りはずすのも容易となる。
【００１５】
試料ホルダ４３を試料交換室３３から試料ステージのホルダ受け４６に移送し、装着する場合は、試料交換室３３で試料交換棒３０を試料ホルダ４３に差込み、移送し、ホルダ受け４６に試料ホルダ４３を挿入し、その状態のまま試料交換棒３０を引抜き、試料交換室３３に引き戻すことができ、試料ホルダ４３のホルダ受け４６への取付け作業が簡単になる。試料ホルダ４３をホルダ受け４６から試料交換室３３に引き戻すときは、軸３２を少し回して引っ掛け具３８を引っ掛け具受け４４に引っ掛けて引き戻せば良いので、操作性が良く、確実に試料ホルダ４３を試料交換室３３に引き戻すことができる。
【００１６】
試料交換室３３からホルダ受け４６まで、またホルダ受け４６から試料交換室３３まで試料ホルダ４３を移送する際に、二個のバナナチップ３９ａ，３９ｂの試料ホルダ４３への保持力により、試料ホルダ４３の姿勢を安定させ、がたつかせず、落下させることがない。試料ホルダ４３の穴４５ａ，４５ｂとバナナチップ３９ａ，３９ｂとの間の摩擦力は小さくて良いので、試料ホルダ４３をホルダ受け４６に保持する押えバネ４７ａ，４７ｂ，４８と試料ホルダ４３の摩擦力との差を大きくとれる。したがって、試料ホルダ４３をホルダ受け４６に挿入し、バナナチップ３９ａ，３９ｂを試料ホルダ４３から引き抜くとき、確実に試料ホルダ４３をホルダ受け４６に保持させ、試料ステージに残すことができる。さらに、バナナチップ３９ａ，３９ｂと穴４５ａ，４５ｂの摩擦力は小さくて良く、バナナチップ３９ａ，３９ｂの穴４５ａ，４５ｂへの押付け力を小さく設定できるので、バナナチップ３９ａ，３９ｂと穴４５ａ，４５ｂの摩耗が低減され、信頼性が向上する。
【００１７】
図１０は本発明の第２の実施例の試料交換棒先端部を示したものであり、図１１は図１０の上面図である。図１２は本発明の第２の実施例の試料ホルダを示す。外筒５０には２枚の湾曲した板バネ５１ａ，５１ｂが水平方向に引っ掛け具５２をはさむように対称な位置に取付けられ、試料ホルダ５３には引っ掛け具受け５４とその両側に板バネ５１ａ,５１ｂが挿入される２個の角穴５５ａ,５５ｂが設けられている。板バネ５１ａ，５１ｂは角穴５５ａ，５５ｂの内側の垂直面を把持して試料ホルダを水平方向に保持し、板バネ５１ａ，５１ｂの上端部と角穴５５ａ，５５ｂの上面とで垂直方向に保持する。ホルダ受けの試料ホルダ５３に対する保持機構は第１の実施例と同じである。板バネ５１ａ，５１ｂと試料ホルダ５３の角穴５５ａ，５５ｂとの摩擦力と試料ホルダと試料受け、押えバネの交換棒軸方向の摩擦力より小さく設定すれば、第１の実施例と同じ機能，効果が得られる。
【００１８】
図１３は本発明の第３の実施例を示し、試料受け６０の構造が第１，２の実施例と異なった場合について示したものである。試料受け６０は上部に二つの斜面を持つ斜面部６０ａと下部の軸部６０ｂから構成され、軸部６０ｂ下端に板バネ６１が固定され、板バネ６１の両端はスペーサ６２を介してＲ部６３に固定される。斜面部６０ａは板バネ６１により下方向に向かう力が作用する。試料ホルダ６４の下部には試料受けの斜面部に挿入される斜面溝部６４ａが設けられている。外筒先端部は図１１と同じ構成である。試料ホルダ６４には外筒５０に取付けられた板バネ５１ａ，５１ｂを挿入する角溝６５ａ，６５ｂが設けられ、板バネ５１ａ，５１ｂは角溝６５ａ，６５ｂの内側の垂直面を把持して試料ホルダを水平方向に保持し、板バネ５１ａ，５１ｂの上端部と角溝６５ａ，６５ｂの上面とで垂直方向に保持する。板バネ５１ａ，５１ｂと試料ホルダ６４の角溝６５ａ，６５ｂとの摩擦力を、試料ホルダ６４の斜面部６４ａと試料受け６０の斜面部６０ａ，Ｒ部６３と試料ホルダ６４の底面との交換棒軸方向の摩擦力より小さく設定すれば、第１の実施例と同じ機能，効果が得られる。
【００１９】
上述の実施例は走査型電子顕微鏡の試料交換方法に関するものであるが、同じような構成を持つ試料交換機構を備えたフォーカストイオンビーム装置等、粒子線を用いた他の装置にも適用できる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の粒子線装置では、試料交換棒の試料ホルダに対する保持機構の摩擦力を小さくできるので試料ホルダを交換棒に簡単に取付け，取外しができ、また試料交換棒の試料ホルダに対する保持機構の摩擦力と試料ホルダに対する試料ステージの試料ホルダの保持機構の摩擦力との差を大きくとれ、試料交換棒の引っ掛け具と試料ホルダの引っ掛け具受けの適切な位置関係により、試料ホルダをホルダ受けに容易にしかも確実に取付け，取外しができる。さらに試料交換棒に水平に配置された二つの保持機構により移送中の試料ホルダの姿勢が安定し、試料交換棒から試料ホルダの脱落を効果的に防止でき、試料交換の作業性を向上させ、信頼性を向上させることができる。試料交換棒の保持機構と試料ホルダに作用する力を小さくして摩擦力を小さくすることができ、保持機構の摩耗を減少させることができるので信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の走査型電子顕微鏡の一実施例の縦断面図。
【図２】従来の試料交換装置の一実施例を示す図。
【図３】ホルダ受けと試料ホルダの関係を示す図。
【図４】図３のＡ−Ａ線矢視図。
【図５】本発明の第一の実施例の試料交換棒を示す図。
【図６】図５の上面図。
【図７】本発明の第一の実施例の試料ホルダを示す図。
【図８】図７のＢ−Ｂ線矢視図。
【図９】引っ掛け具と引っ掛け具受けとの位置関係を示す図。
【図１０】本発明の第二の実施例の試料交換棒先端部を示す図。
【図１１】図１０の上面図。
【図１２】本発明の第二の実施例の試料ホルダを示す図。
【図１３】本発明の第三の実施例の試料ホルダを示す図。
【符号の説明】
４…試料室、５…試料、７…試料ステージ、１３，４６…ホルダ受け、１４，４３…試料ホルダ、１５…試料交換室、１８,３０…試料交換棒、２５ａ,２５ｂ，２６，４７ａ，４７ｂ，４８…押えバネ、３１…外筒、３２…軸、３８…引っ掛け具、３９ａ，３９ｂ…バナナチップ、４５ａ，４５ｂ…穴。

Claims (9)

1. 試料室に試料を移動する試料ステージが備えられ、当該試料ステージには前記試料を載せた試料ホルダをバネ力により保持する保持機構が備えられ、試料交換棒が備えられた試料交換室が仕切弁を介して試料室に取付けられ、当該試料交換棒により前記試料ホルダを保持して前記試料交換室と前記保持機構の間を移送し、当該試料ホルダを前記保持機構に取付け、前記試料上を粒子線で走査し、前記試料から発生する信号を検出器により検出し、検出された信号により試料像表示を行う粒子線装置において、
   前記試料交換棒が外筒と軸とで構成され、当該外筒先端に二個の弾性体が水平方向に取付けられ、前記試料ホルダに前記外筒の前記二個の弾性体を挿入する部位を設け、前記試料ホルダを前記試料交換室と前記保持機構との間を移送する間は前記外筒先端の前記二個の弾性体で保持し、前記軸を所定の角度回転させて軸先端に固定された引っ掛け部材で前記試料ホルダに固定された引っ掛け部材を引っ掛けて前記試料ホルダを前記保持機構から引抜くようにし、前記外筒の前記二個の弾性体による前記試料ホルダへの保持力が、前記保持機構の保持力より小さく設定され、前記軸を所定の角度回転させると前記軸先端部の引っ掛け部材と前記試料ホルダの引っ掛け部材の引っかかりが解除され、前記試料交換棒を前記試料ホルダから引抜くことができるようにしたことを特徴とした粒子線装置。
2. 請求項１において、
   前記試料ホルダを保持する前記外筒の前記二個の弾性体が板バネで構成され、当該板バネが挿入される前記試料ホルダの部位の形状が前記一つの板バネに対して前記試料交換棒と平行な二つ以上の平面で構成されたことを特徴とする粒子線装置。
3. 請求項１において、
   前記試料ホルダを保持する前記外筒の前記二個の弾性体が二つのバナナチップで構成され、当該バナナチップが挿入される前記試料ホルダの部位の形状が前記試料交換棒と平行な穴で構成されたことを特徴とする粒子線装置。
4. 試料室に試料を移動する試料ステージが備えられ、当該試料ステージには前記試料を載せた試料ホルダを保持するホルダ受けが備えられ、当該試料ホルダの保持は当該ホルダ受けに取付けられた板バネによりなされ、試料交換棒が備えられた試料交換室が仕切弁を介して試料室に取付けられ、当該試料交換棒により当該試料ホルダを保持して前記試料交換室と前記ホルダ受けの間を移送し、前記試料ホルダを前記ホルダ受けに取付け、前記試料上を粒子線で走査し、前記試料から発生する信号を検出器により検出し、検出された信号により試料像表示を行う粒子線装置において、
   前記試料交換棒が外筒と軸とで構成され、当該軸は前記外筒の内部に回転可能に配置され、前記外筒先端に二個のバナナチップが水平方向に取付けられ、前記試料ホルダに前記外筒の二個のバナナチップが挿入される二個の穴を設け、前記試料ホルダを前記試料交換室と前記試料ステージとの間を移送する間は前記外筒先端の二個のバナナチップで保持し、前記軸を所定の角度回転させて前記軸先端に固定された引っ掛け部材で前記試料ホルダに固定された引っ掛け部材を引っ掛けて前記試料ホルダを前記ホルダ受けから引抜くようにし、前記外筒の前記二個のバナナチップによる前記試料ホルダへの保持力が、前記試料ステージに備えられた前記ホルダ受けに取付けられた板バネによる試料ホルダへの保持力より小さく設定され、前記軸を所定の角度回転させると前記軸先端部の引っ掛部材と前記試料ホルダの引っ掛け部材の引っかかりが解除され、前記試料ホルダから前記試料交換棒を引抜くことができるようにしたことを特徴とする粒子線装置。
5. 請求項４において、
   前記試料交換棒の前記軸を回して軸先端の引っ掛け部材を一つのバナナチップに当てると、前記軸の引っ掛け部材と前記試料ホルダの引っ掛け部材が引っかかり、前記軸を逆方向に回して軸先端の引っ掛け部材を他方のバナナチップに当てると、前記軸先端の引っ掛け部材と前記試料ホルダの引っ掛け部材が引っかからないような位置関係としたことを特徴とする粒子線装置。
6. 試料に荷電粒子を照射するための荷電粒子源と、前記試料を保持する試料ホルダと、前記試料ホルダをバネ力により保持する保持機構と、前記試料ホルダが配置される試料室と、試料交換棒を備えた試料交換室と、を備え、前記試料交換棒により前記試料ホルダを保持して前記試料交換室と前記保持機構の間を移送し、前記試料ホルダを前記保持機構に取付ける荷電粒子線装置において、
   前記試料交換棒に弾性体が設けられ、前記試料ホルダに前記弾性体が挿入される部位が設けられ、前記弾性体と前記部位の摩擦力により前記試料ホルダが前記試料交換棒に保持され、
   前記保持機構と前記試料ホルダとの摩擦力が、前記弾性体と前記部位との摩擦力より大きく設定され、
   前記試料交換棒が引っ掛け部材を備え、当該引っ掛け部材は、前記弾性体で前記部位が保持されている状態において、前記試料ホルダを引っ掛けられる形態と、引っ掛けられない形態とに可変できることを特徴とする装置。
7. 請求項６記載の荷電粒子線装置であって、
   前記弾性体がバナナチップであることを特徴とする装置。
8. 請求項６記載の荷電粒子線装置であって、
   前記弾性体が板バネであることを特徴とする装置。
9. 請求項６記載の荷電粒子線装置であって、
   前記弾性体が２個の弾性体であることを特徴とする装置。

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