JP6063755B2 - 荷電粒子線装置、および円盤状試料観察モジュール - Google Patents

Description

本発明は、荷電粒子線装置に関し、特に円盤状試料を観察するための試料微動装置を備える荷電粒子線装置に関する。

電子顕微鏡の1つに、走査電子顕微鏡（SEM）がある。

微小な試料の観察に用いられるSEMの試料微動装置としては、球形軸受けを有するユーセントリックタイプのサイドエントリー試料微動装置があり、主に、対物レンズの内部に試料を配置するインレンズ方式のSEMに搭載されている。特公昭６０−２３２６５４号公報（特許文献１）には、球形軸受けを有するユーセントリックタイプのサイドエントリー試料微動装置が開示されている。

一方、対物レンズの外部に試料を配置するアウトレンズ方式のSEMにおいては、近年、より大きな試料、および重い試料をそのまま観察したいという要望から、試料室および試料微動装置の大型化が進んでいる。大きく重い試料の観察に用いられるSEMの試料微動装置としては、試料微動装置の可動範囲の拡大および高剛性化のために、XY移動および回転移動テーブルを載置し、チルト軸にて回転傾斜し、Z移動テーブルで垂直方向に移動可能なチルトテーブルを有するユーセントリックタイプのサイドエントリー試料微動装置がある。特開２００５−１２３１２９号公報（特許文献２）には、チルトテーブルを有するユーセントリックタイプのサイドエントリー試料微動装置が開示されている。

特公昭６０−２３２６５４号公報 特開２００５−１２３１２９号公報

本願発明者が円盤状試料の観察について鋭意検討した結果、次の知見を得るに至った。

アウトレンズ方式のSEMでは、チルトテーブルを有するユーセントリックタイプのサイドエントリー試料微動装置の搭載により、様々な形状の試料をSEMで観察できるようになった。しかし、ブレードやディスクタイプといった円盤状試料の側面部を観察する場合には、試料微動装置を90°傾斜させる必要があるが、仮に試料微動装置を90°傾斜させると、XYZ移動のうち、Y移動とZ移動の移動方向がZ方向に同一となってしまい、水平方向への移動がX方向のみとなるため、任意の観察位置に試料を移動させることができない。

一方、球形軸受けを有するユーセントリックタイプのサイドエントリー試料微動装置のうち、特許文献１のように、球形軸受けをもつ筒体を、互いに直角方向から首振り、すなわち、Y移動とZ移動の2方向から駆動でき、チルト軸にて回転傾斜することができるタイプにおいて、試料微動装置を90°傾斜させた場合には、傾斜0°の時のZ移動軸が、傾斜90°ではY移動軸となるため、回転傾斜により移動方向の変わらないX移動軸と共に、XY移動が可能となる。しかし、その移動方向は、球状軸受けを中心に扇状となるため、Y移動とZ移動として使用できる可動範囲が大きく制限される。このため、球形軸受けを有するユーセントリックタイプのサイドエントリー試料微動装置において、試料微動装置を90°傾斜させた状態で試料を水平移動することができる試料サイズは、極小さな試料に限定されてしまい、ブレードやディスクタイプといった円盤状試料の側面部を観察する場合には、観察位置まで試料を移動させることができない。

本発明の目的は、ブレードやディスクタイプといった円盤状試料の所望の外周面や側面部を、観察位置まで移動させ、所望の方向から観察することに関する。

本発明は、ユーセントリックタイプの試料微動機構に、更に移動機構や回転機構を設け、これにブレードやディスクタイプといった円盤状試料を保持させることにより、当該円盤状試料の所望の外周面や側面部を観察位置まで移動させ、所望の方向とすることに関する。

本発明によれば、ブレードやディスクタイプといった円盤状試料の所望の外周面や側面部近傍を、所望の角度から観察や分析でき、観察や分析のための調整作業が容易となる。

荷電粒子装置の一例を示す概略構成図である。 スライド機構を組み込んだ、球形軸受けを有するユーセントリックタイプのサイドエントリー試料微動装置の一例を示す概略図である。 球形軸受けを有するユーセントリックタイプのサイドエントリー試料微動装置の試料ホールダ先端部の一例を示す概略図（正面図）である。 球形軸受けを有するユーセントリックタイプのサイドエントリー試料微動装置の試料ホールダ先端部の一例を示す概略図（斜視図）である。 球形軸受けを有するユーセントリックタイプのサイドエントリー試料微動装置の試料ホールダ先端部の一例を示す概略図（裏面から見た斜視図）である。 電子光学鏡筒、試料、試料微動装置、およびX線検出器の好適な配置の一例を示す概略図である。 チルトテーブルを有するユーセントリックタイプのサイドエントリー試料微動装置の一例を示す概略図である。 チルトテーブルを有するユーセントリックタイプのサイドエントリー試料微動装置に搭載する、ステージモジュールの一例を示す概略図である。 チルトテーブルを有するユーセントリックタイプのサイドエントリー試料微動装置に搭載する、Zスライドホルダの一例を示す概略図である。

実施例では、荷電粒子線を照射する荷電粒子線光学系と、試料を任意の位置へ移動する、ユーセントリックタイプのサイドエントリー試料微動装置と、荷電粒子線の照射によって前記試料から放出される信号を検出する検出器と、前記検出器からの出力に基づき前記試料の画像を形成する画像形成装置と、を備える荷電粒子線装置において、前記サイドエントリー試料微動装置が、円盤状試料を所望角度で保持できる試料受け部と、当該試料受け部を前記サイドエントリー試料微動装置の回転軸に対して垂直な方向に移動できるスライド部と、を備えることを開示する。また、荷電粒子線装置に備えられた、ユーセントリックタイプのサイドエントリー試料微動装置に着脱可能な円盤状試料観察モジュールであって、円盤状試料を所望角度で保持できる試料受け部と、当該試料受け部を前記サイドエントリー試料微動装置の回転軸に対して垂直な方向に移動できるスライド部と、を有するものを開示する。

また、実施例では、荷電粒子線を照射する荷電粒子線光学系と、試料を任意の位置へ移動する、チルトテーブルの上に回転機構を有するユーセントリックタイプの試料微動装置と、荷電粒子線の照射によって前記試料から放出される信号を検出する検出器と、前記検出器からの出力に基づき前記試料の画像を形成する画像形成装置と、を備える荷電粒子線装置において、前記試料微動装置が、円盤状試料を所望角度で保持できる試料受け部と、前記円盤状試料の中心軸が前記回転機構の回転軸に対して垂直となるように前記試料受け部を前記回転機構の回転軸に対して回転可能に保持するベース部と、を備えることを開示する。また、荷電粒子線装置に備えられた、チルトテーブルの上に回転機構を有するユーセントリックタイプの試料微動装置に着脱可能な円盤状試料観察モジュールであって、円盤状試料を所望角度で保持できる試料受け部と、前記円盤状試料の中心軸が前記回転機構の回転軸に対して垂直となるように前記試料受け部を前記回転機構の回転軸に対して回転可能に保持するベース部と、を有するものを開示する。

また、実施例では、荷電粒子線を照射する荷電粒子線光学系と、試料を任意の位置へ移動する、チルトテーブルの上に回転機構を有するユーセントリックタイプの試料微動装置と、荷電粒子線の照射によって前記試料から放出される信号を検出する検出器と、前記検出器からの出力に基づき前記試料の画像を形成する画像形成装置と、を備える荷電粒子線装置において、前記試料微動装置が、円盤状試料を保持できる試料受け部と、前記円盤状試料の中心軸が前記回転機構の回転軸と同一となるように前記試料受け部を保持し、且つ、前記試料受け部を前記回転機構の回転軸に対して垂直な方向に移動できるスライド部と、を備えることを開示する。また、実施例では、荷電粒子線装置に備えられた、チルトテーブルの上に回転機構を有するユーセントリックタイプの試料微動装置に着脱可能な円盤状試料観察モジュールであって、円盤状試料を保持できる試料受け部と、前記円盤状試料の中心軸が前記回転機構の回転軸と同一となるように前記試料受け部を保持し、且つ、前記試料受け部を前記回転機構の回転軸に対して垂直な方向に移動できるスライド部と、を有するものを開示する。

また、実施例では、サイドエントリー試料微動装置が、試料受け部に保持された円盤状試料を回転できることを開示する。また、実施例では、試料微動装置が、試料受け部に保持された円盤状試料を回転できることを開示する。また、実施例では、円盤状試料観察モジュールにおいて、試料受け部に保持された円盤状試料を回転できることを開示する。

また、実施例では、試料受け部とスライド部とを含む円盤状試料観察モジュールが、サイドエントリー試料微動装置から着脱可能であることを開示する。また、実施例では、試料受け部とベース部とを含む円盤状試料観察モジュールが、試料微動装置から着脱可能であることを開示する。また、実施例では、試料受け部とスライド部とを含む円盤状試料観察モジュールが、試料微動装置から着脱可能であることを開示する。

また、実施例では、検出器が、円盤状試料の中心軸に対して垂直となる方向に配置されていることを開示する。また、実施例では、当該検出器が、荷電粒子線の照射によって試料から放出されるＸ線を検出するＸ線検出器であることを開示する。

以下、上記およびその他の新規な特徴と効果について図面を参酌して説明する。なお、図面はもっぱら発明の理解のために用いるものであり、発明を限定するものではない。

本実施例は、球形軸受けを有するユーセントリックタイプのサイドエントリー試料微動装置を備えたアウトレンズ式のＳＥＭに、円盤状試料の観察モジュールを搭載したものである。以下、図面を参酌して説明する。

図１は、本実施例にかかる荷電粒子装置（アウトレンズ方式のＳＥＭ）の概略構成図である。SEM1は、電子源2、電子源2より放出される電子ビーム3を収束するコンデンサレンズ4、電子ビーム３を走査する偏向コイル5、および電子ビーム３の焦点を合わせる対物レンズ6を有する電子光学鏡筒7と、ならびに電子光学鏡筒７の各条件を調整する制御装置とを備える。また、試料8に対する電子ビーム3の照射によって試料8から放出される2次電子を検出する2次電子検出器9と、試料8から放出される反射電子を検出する半導体検出器10と、2次電子検出器９および半導体検出器10からの信号を処理する制御装置と、および試料8を任意の位置へ移動させることができる試料微動装置11とを備える。また、真空を保持するための試料室12および真空排気系13などを備え、これにＥＤＸといったＸ線検出器14が組み合わされている。電子光学鏡筒7には、試料室12を電子光学鏡筒内の真空度よりも低真空度の環境に維持するための差動排気絞りが備えられており、本実施例のＳＥＭ１は、全体として低真空制御が可能な構成となっている。また、試料室12を低真空制御した状態で試料8より放出される信号を検出する検出器としては、前記2次電子検出器9や半導体検出器10だけではなく、イオン電流検出電極などでもよい。

図2は、本実施例にかかる、スライド機構を組み込んだ、球形軸受けを有するユーセントリックタイプのサイドエントリー試料微動装置の概略図である。

本実施例にかかる、球形軸受けを有するユーセントリックタイプのサイドエントリー試料微動装置においては、後述するスライド機構22を介して、球状軸受けをもつ筒体23内に設けられた駆動軸24で駆動機構25に接続される。

駆動機構25は、試料受け21を中心に回転軸周りに回転するR軸移動、チルト軸29にて回転傾斜するT軸移動、チルト軸29方向のX軸移動、および球状軸受けを中心に互いに直角方向から首振り移動（すなわち、Y軸移動およびZ軸移動の2方向）が可能である。また、球状軸受けをもつ筒体23全体を垂直方向へ駆動可能な筒体26により、駆動機構25によるT軸移動によらず試料受け21を垂直方向へ駆動させることができる。

これら球形軸受けを有するユーセントリックタイプのサイドエントリー試料微動装置は、面板27を介して、試料室12側壁に設けられた開口部で試料微動装置の要部を貫通させてＳＥＭに取付けられる。なお、ＳＥＭにて観察する場合には、試料室12内は真空保持する必要があるため、Oリング28により真空シールされる。

図3〜5は、本実施にかかる、球形軸受けを有するユーセントリックタイプのサイドエントリー試料微動装置のスライド機構22を含む試料ホールダ先端部の概略図である。SEMの光軸をZ軸として、図3は、Z方向から見た正面図、図4は、斜視図、図5は、裏面から見た斜視図である。

本実施例にかかる、球形軸受けを有するユーセントリックタイプのサイドエントリー試料微動装置においては、試料受け21と駆動軸24の間に、スライド機構22を有する。以下、本実施例にかかるスライド機構22について具体的に説明する。

本実施例にかかるスライド機構22は、球状軸受け部よりも試料ホールダ先端部側に位置し、試料受けブロック31、送りねじ32、およびガイド33などから構成され、チルト軸29に垂直な方向に試料受けブロック31が移動できる構造である。なお、試料受け21は、駆動機構25の原点位置におけるSEMのビーム中心位置35からY軸上の、試料受けブロック31上に設けられている。

試料受けブロック31に設けられた試料受け21に取り付けられた、ブレードやディスクタイプといった円盤状試料は、スライド機構つまみ34を回転させることで送りねじ32が回転することにより、ガイド33に沿って試料受けブロック31と共にY軸方向へ移動する。そして、円盤状試料の観察位置とチルト軸29の位置とが一致した点でスライド機構22を固定し、試料の観察位置をSEMのビーム中心位置35に設定する。

この時、駆動機構25の各軸は原点位置に設定されていることから、駆動機構25の各軸を用いての観察位置の微調整は可能となり、所望の観察位置まで試料を移動させることができるようになる。これは、チルト軸29にて回転傾斜するT軸により傾斜移動した場合においても同様で、例えば、試料微動装置を90°傾斜させた状態でも、駆動機構25の各軸を用いて試料を水平移動（XY移動）させることができるようになる。

上述のように、試料受け21と駆動軸24の間に、スライド機構22を配置することにより、試料受け21が駆動機構25のY軸移動と独立してY軸方向に移動することが可能となる。球状軸受けを中心に扇状に移動する駆動機構25のY軸の可動範囲では観察位置まで試料を移動させることのできなかった、ブレードやディスクタイプといった円盤状試料の外周面および側面部を、観察位置まで試料を移動させることが可能となり、試料微動装置の傾斜角度によらず、観察位置の微調整が可能となる。

なお、本実施例では、試料受けブロック31が、球状軸受けを中心に首振り移動する方向と同一方向であるY軸方向に移動できるようスライダ機構22を配置したが、チルト軸29に垂直な方向であれば、これに限定されない。例えば、試料受けブロック31がZ軸方向に移動できるようスライド機構22を配置してもよいし、スライド機構22は、駆動機構25と独立して試料の観察位置をSEMのビーム中心位置35と一致させることができるように配置されていてもよい。

また、本実施例では、スライド機構つまみ34は、球状軸受け部よりも試料ホールダ先端部側、いわゆるSEMの試料室12内に配置したが、これに限定されない。例えば、駆動機構25と同様に、大気側から操作できるようにしてもよい。

さらに、本実施例では、試料微動装置の傾斜角度を90°としたが、これに限定されない。試料微動装置の傾斜により、スライド機構22等の試料微動装置の部材や試料8と、SEM1の対物レンズ6、2次電子検出器9、および半導体検出器10などとが、干渉しないように配置する（例えば、ワーキングディスタンスを長くする）ことにより、試料微動装置の傾斜角度を90°以上にすることが可能である。

このことにより、試料微動装置の傾斜角度90°以下のこれまでのSEMでは、表面を観察した後に、裏面を観察する場合には、一度、SEMから試料8を取り出して、試料受け21に試料8を表裏反対に取り付け後、SEMにて同じ観察位置まで試料微動装置で移動させてから観察する必要があったが、試料微動装置の傾斜角度90°以上が可能になることにより、ブレードやディスクタイプといった円盤状試料の外周面および側面部を、表面方向からだけではなく、裏面方向からも観察することが可能となり、操作がきわめて効率化される。また、SEMから試料8を取り出す必要が無くなり、試料への汚染を軽減することが可能である。

また、本実施例においては、試料受け21に回転機構を備えることにより、試料受け21に取り付けられた試料を回転させることが可能となっている。以下、本実施例にかかる、スライド機構22を介して試料受けブロック31上に配置された試料受け21を回転させるための回転機構について具体的に説明する。

駆動機構25に備わる試料受け21を中心に回転軸周りに回転するR軸は、駆動軸24から複数の平歯車36を介して、R軸ガイド37に接続される。R軸ガイド37は、R軸との接続に際し、傘歯車38にてR軸の方向を90°回転させ、スライド機構22の可動方向とR軸の方向を一致させる。そして、傘歯車38にて90°回転したR軸は、シャフト39およびウォームギヤ40（ねじ歯車40aおよび、はす歯歯車40b）を介して、試料受けブロック31上に配置された試料受け21に接続される。

試料受け21に取り付けられた試料の大きさや観察位置により、試料受けブロック31の位置は移動するため、本実施例にかかるR軸ガイド37におけるシャフト39、およびねじ歯車40aのシャフト取付部の形状は、丸ではなく四角となっており、シャフト39とねじ歯車40aとを固定しなくても、R軸の回転を伝えることができるように構成されている。このとき、シャフト39とスライド機構22の移動方向は平行であるため、試料受けブロック31の位置の移動に合わせてシャフト39もねじ歯車40aのシャフト取付部の中を移動することができる。

なお、本実施例では、シャフト39、およびねじ歯車40aのシャフト取付部の形状を、四角としたが、これに限定されない。例えば、多角形であったり、キーとキー溝であってもよい。シャフト39の回転に合わせてねじ歯車40aが回転する組合せであればよい。

また、本実施例では、駆動軸24とR軸ガイド37の間、およびウォームギヤ40と試料受け21の間に複数の平歯車36を介しているが、これは、R軸の回転方向や減速比を調整するためのもので、必要に応じてこれら機構は追加しても省略してもよい。

試料受け21に回転機構を備えることにより、ブレードやディスクタイプといった円盤状試料の外周面を一様に観察する場合、試料微動装置の水平移動によりジグザグに移動させることなく、回転移動のみで容易に観察することが可能となる。また、試料微動装置を90°傾斜し側面部を一様に観察する場合には、側面部の位置毎に試料を試料受け21に再取付することなく、回転移動のみで容易に観察することが可能となり、操作がきわめて効率化される。

なお、本実施例では、球形軸受けを有するユーセントリックタイプのサイドエントリー試料微動装置を例に説明したが、これに限られず、ＸＹＺ軸方向への移動およびＴ軸での回転傾斜できるユーントリックタイプのサイドエントリー試料微動装置であってもよい。

EDXなどのＸ線検出器14を備えるSEMにおいては、SEMによる像観察と同時に、Ｘ線検出器14によって観察している部分の定性分析、および定量分析、ならびにＸ線像による元素分布の分析などを行うことが可能となる。

しかし、ブレードやディスクタイプといった円盤状試料において、特に砥石やカッターといった試料の外周面および側面部にある刃面を分析する場合には、当該試料表面の凹凸によりX線が遮断され、試料から発生したX線が十分にX線検出器14に取り込まれず、分析に時間がかかったり、正しい分析結果が得られなかったりする問題がある。

そこで、本実施例では、ブレードやディスクタイプといった円盤状試料の外周面および側面部を分析する際に、好適な、電子光学鏡筒7、試料8、試料微動装置11、X線検出器14の配置について、以下、実施例１との相違点を中心に、具体的に説明する。

図６は、本実施例にかかる、SEMにおける円盤状試料の側面部を分析する際に、試料微動装置を90°傾斜し、SEMの電子ビームが円盤状試料の側面部に垂直な方向から照射された場合の概略図であり、電子光学鏡筒7、試料8、試料微動装置11、X線検出器14の好適な配置の一例を示している。

試料側面部の円周方向に沿って刃面の溝が加工されている（図6のP視拡大図を参照）円盤状である試料8において、側面部の刃面の溝の底部を観察、および分析する場合には、まず、スライド機構22を用いて試料8の側面部とSEMのビーム中心位置35とを一致させる。次に、試料8の側面部の刃面の溝と、電子ビーム3が垂直となるように、試料微動装置11を90°傾斜させる。

そして、X線検出器14を試料8の側面部の刃面の溝と平行な方向に配置することにより、試料8の側面部の刃面の溝の底部から発生したX線41は、試料8の側面部の刃面の溝の凹凸によって遮られることなくX線検出器14へ取り込まれる。

また、回転機構を有する試料受け21により、試料を回転させることにより、試料8の側面部の刃面の溝と、電子ビーム3と、X線検出器14の配置を変更することなく、試料8の側面部の刃面の溝を連続して分析することが可能となる。

なお、本実施例では、分析に好適なX線検出器14の配置について述べたが、X線検出器14に限定されない。電子ビーム3の照射位置と、電子ビーム3の照射により試料8から発生する、2次電子、反射電子、X線、または光などを検出する各種検出器との間で、試料表面の凹凸により、各種信号が遮断されないように、各種検出器を配置するとよい。例えば、反射電子を検出する半導体検出器10は、対物レンズ6の直下に配置することで、試料8の凹凸による反射電子の遮断等の影響を受けない。

ブレードやディスクタイプといった円盤状試料の側面部を観察および分析するための試料微動装置の例は、実施例１および実施例２に限定されるものではない。そこで、本実施例では、従来のステージに、回転機構を有する円盤状試料観察モジュールを搭載した例について、以下、実施例１および実施例２との相違点を中心に詳細に説明する。

図7は、チルトテーブルを有するユーセントリックタイプのサイドエントリー試料微動装置の一例の概略図である。

チルトテーブルを有するユーセントリックタイプのサイドエントリー試料微動装置は、チルトテーブル51に、XY軸移動機構52、および試料受け53を中心に回転軸周りに回転するR軸移動機構54を載置する。また、チルト軸55にてチルトテーブル51を回転傾斜するT軸移動機構56と、これらチルトテーブル51とT軸移動機構55全体を垂直方向へ駆動可能なZ移動機構57を備える。これらチルトテーブルを有するユーセントリックタイプのサイドエントリー試料微動装置は、面板27を介して試料室12側壁に設けられた開口部に、試料微動装置の要部を貫通させることによりSEMに取付けられる。なお、ＳＥＭにて観察する場合には、試料室12内は真空保持する必要があるため、Oリング28により真空シールされる。

図8は、チルトテーブルを有するユーセントリックタイプのサイドエントリー試料微動装置に搭載する、本実施例のステージモジュールの一例の概略図である。

チルトテーブルを有するユーセントリックイプのサイドエントリー試料微動装置における試料受け53は、上述した通り、チルトテーブル51上のXY軸移動機構52およびR軸移動機構54上に載置されるため、試料微動装置を90°傾斜させた場合には、XY軸移動機構52のうちY移動とZ移動の移動方向がZ方向に同一となってしまい、水平方向への移動がX方向のみとなるため、任意の観察位置に試料を移動させることができない。

そこで、本実施例にかかるチルトテーブルを有するユーセントリックイプのサイドエントリー試料微動装置においては、試料受け53にステージモジュール61を載置する。以下、本実施例にかかるステージモジュール61について具体的に説明する。

ステージモジュール61は、試料受け53上に載置され、ステージモジュールベース62、回転機構63、回転シャフト64、試料固定治具65、および試料受け取付機構66などから構成される。ステージモジュール61は、試料受け取付機構66を介して試料受け53に固定される。試料8は、試料固定治具65で固定される。回転シャフト64は、円盤状試料8の側面部が垂直になるように試料８を固定でき、回転機構63により、試料8は試料側面部の円周方向に沿って回転移動させることができる。

これにより、試料微動装置を90°傾斜させることなく、試料微動装置を水平にしたまま、円盤状試料8の側面部を垂直に配置することが可能となり、また、試料微動装置のXY軸移動機構52により、ステージモジュール61全体をXY軸移動させることが可能となるため、円盤状試料8の側面部を任意の観察位置に移動させることが可能となる。

また、ステージモジュール61は、試料微動装置のR軸移動機構54に載置されているため、ステージモジュール61全体を回転移動させることにより、試料8の向きを回転させることができる。このため、試料側面部の円周方向に沿って刃面の溝が加工されている（図6のP視拡大図を参照）円盤状試料8の側面部の刃面の溝の底部を観察および分析する際に、当該試料の側面部の刃面の溝の底部から発生した二次電子、反射電子、およびX線と各検出器との間が、当該試料の側面部の刃面の溝の凹凸によって遮られる場合は、試料微動装置のR軸移動機構54により、試料8の向きを回転させることにより、当該試料の側面部の刃面の溝の底部から発生した二次電子、反射電子、およびX線が、当該試料の側面部の刃面の溝の凹凸によって遮られることなく、各検出器へ取り込める。

さらに、ステージモジュール61は、チルトテーブル51に載置されているため、チルト軸55にてチルトテーブル51を回転傾斜するT軸移動機構56と、これらチルトテーブル51とT軸移動機構55全体を垂直方向へ駆動可能なZ移動機構57により、ステージモジュール61全体を傾斜方向および垂直方向へ駆動させることも可能である。例えば、T軸移動機構56によりステージモジュール61全体を傾斜させることにより、試料側面部の円周方向に沿って刃面の溝が加工されている（図6のP視拡大図を参照）円盤状試料8の側面部の刃面の溝の底部だけでなく、溝の側面部を観察および分析することが可能となる。また、Z移動機構57によりステージモジュール61全体を垂直方向へ駆動させることにより、試料8の焦点距離を調整することが可能となる。

上述のように、ステージモジュール61を追加することにより、試料微動装置を90°傾斜させることなく、試料微動装置を水平にしたまま、円盤状試料8の側面部を垂直に配置することが可能となり、試料微動装置の水平（XY軸）、回転（R軸）、傾斜（T軸）、垂直（Z軸）の各移動機構を用いることにより、ブレードやディスクタイプといった円盤状試料の側面部を、任意の観察位置まで試料を移動させることが可能となり、観察位置の微調整が可能となる。

また、ステージモジュール61は、試料微動装置の試料受け53と着脱可能なため、ステージモジュール61を取り外すことにより、通常のチルトテーブルを有するユーセントリックイプのサイドエントリー試料微動装置として使用することも可能である。

なお、本実施例では、チルトテーブルを有するユーセントリックタイプのサイドエントリー試料微動装置を例に説明したが、これに限られず、ＸＹＺ軸方向への移動およびＴＲ軸での回転傾斜できるユーセントリックタイプの試料微動装置であってもよい。

チルトテーブルを有するユーセントリックイプのサイドエントリー試料微動装置において、ブレードやディスクタイプといった円盤状試料の側面部を観察および分析するための例は、実施例１乃至実施例３に限定されるものではない。そこで、本実施例では、従来のステージに、Ｚ移動機構を有する円盤状試料観察モジュールを搭載した例について、以下、実施例１乃至実施例３との相違点を中心に詳細に説明する。

図9は、チルトテーブルを有するユーセントリックタイプのサイドエントリー試料微動装置に搭載する、本実施例のZスライドホルダの一例の概略図である。

本実施例にかかるチルトテーブルを有するユーセントリックイプのサイドエントリー試料微動装置においては、試料受け53にZスライドホルダ71を載置する。以下、具体的に本実施例のZスライドホルダ71について説明する。

Zスライドホルダ71は、試料受け53上に載置され、Zスライドホルダベース72、Zスライド送りねじ73、Zスライド回転機構74、試料台75、および試料受け取付機構76などから構成される。Zスライドホルダ71は、試料受け取付機構76を介して試料受け53に固定される。試料台75は、Zスライド回転機構74により垂直方向に移動可能なZスライド送りねじ73上に配置され、試料微動装置のZ移動機構57によらず、垂直方向に移動可能な構造である。

Zスライド送りねじ73を垂直方向に移動可能とするため、本実施例にかかるZスライド回転機構74は、駆動機構74aにより、ねじ歯車74bを駆動させ、はす歯歯車74cにて回転方向を垂直方向へ変換する。はす歯歯車74cの中心軸部分には、ねじ加工がされており、はす歯歯車74cの回転に合わせて、はす歯歯車74cの中心軸部分のねじが回転し、Zスライド送りねじ73は垂直方向に上下する。この時、はす歯歯車74cの中心軸部分のねじが回転と合わせてZスライド送りねじ73が回転してしまうと、Zスライド送りねじ73は垂直方向に上下移動することができなくなってしまうため、Zスライド送りガイド77により、Zスライド送りねじ73の回転を防止している。

チルトテーブルを有するユーセントリックイプのサイドエントリー試料微動装置において、試料微動装置を90°傾斜させた場合は、XY軸移動機構52のうちY移動とZ移動の移動方向がZ方向に同一となってしまい、水平方向への移動がX方向のみとなるため、任意の観察位置に試料を移動させることができなかった。しかし、試料受け53に、本実施例にかかるZスライドホルダを載置することにより、試料微動装置を90°傾斜させた場合、Zスライドホルダ71自体も90°傾斜するため、Zスライドホルダ71の移動方向は、XY軸移動機構52のY移動方向と同一方向となる。これにより、試料微動装置を90°傾斜させた状態でも、試料を水平移動（XY移動）させることが可能となるため、円盤状試料8の側面部を任意の観察位置に移動させることが可能となる。

上述のように、Zスライドホルダ71を追加することにより、試料微動装置を90°傾斜させた状態において、チルトテーブルを有するユーセントリックイプのサイドエントリー試料微動装置では、試料微動装置を90°傾斜させた場合に移動できなかったＹ方向への移動が可能となるため、ブレードやディスクタイプといった円盤状試料の側面部を、任意の観察位置まで試料を移動させることが可能となり、観察位置の微調整が可能となる。

また、Zスライドホルダ71は、試料微動装置のZ移動機構57によらず、垂直方向に移動可能な構造である。このため、試料8の表面とチルト軸55にズレが生じ、試料微動装置を傾斜した際に観察位置が逃げてしまうような場合であっても、一度、SEMから試料8を取り出して、試料8の表面がチルト軸55と一致するように試料高さを調整し、再度SEMに取付するといった煩雑な操作を行わなくても、Zスライドホルダ71のZスライド送りねじ73により、試料8の表面とチルト軸55を一致するように調整することが可能となり、操作がきわめて効率化される。また、SEMから試料8を取り出す必要が無くなり、試料への汚染を軽減する事が可能である。

さらに、Zスライドホルダ71は、試料微動装置の試料受け53と着脱可能なため、Zスライドホルダ71を取り外すことにより、通常のチルトテーブルを有するユーセントリックイプのサイドエントリー試料微動装置として使用することも可能である。

なお、本実施例では、チルトテーブルを有するユーセントリックタイプのサイドエントリー試料微動装置を例に説明したが、これに限られず、ＸＹＺ軸方向への移動およびＴＲ軸での回転傾斜できるユーントリックタイプの試料微動装置であってもよい。

なお、実施例１乃至４ではＳＥＭを例に説明したが、これに限られず、ＦＩＢ装置などの荷電粒子線装置であってもよい。また、実施例１乃至４は適宜組み合わせることが可能であり、本明細書では当該組み合わせ形態も開示している。

1 SEM
2 電子源
3 電子ビーム
4 コンデンサレンズ
5 偏向コイル
6 対物レンズ
7 電子光学鏡筒
8 試料
9 2次電子検出器
10 半導体検出器
11 試料微動装置
12 試料室
13 真空排気系
14 Ｘ線検出器
21 試料受け
22 スライド機構
23 球状軸受けをもつ筒体
24 駆動軸
25 駆動機構
26 垂直方向へ駆動可能な筒体
27 面板
28 Oリング
29 チルト軸
31 試料受けブロック
32 送りねじ
33 ガイド
34 スライド機構つまみ
35 SEMのビーム中心位置
36 平歯車
37 R軸ガイド
38 傘歯車
39 シャフト
40 ウォームギヤ
40a ねじ歯車
40b はす歯歯車
41 試料から発生したX線
51 チルトテーブル
52 XY軸移動機構
53 試料受け
54 R軸移動機構
55 チルト軸
56 T軸移動機構
57 Z移動機構
61 ステージモジュール
62 ステージモジュールベース
63 回転機構
64 回転シャフト
65 試料固定治具
66 試料受け取付機構
71 Zスライドホルダ
72 Zスライドホルダベース
73 Zスライド送りねじ
74 Zスライド回転機構
74a 駆動機構
74b ねじ歯車
74c はす歯歯車
75 試料台
76 試料受け取付機構
77 Zスライド送りガイド

Claims (18)

1. 荷電粒子線を照射する荷電粒子線光学系と、
   試料を任意の位置へ移動する、ユーセントリックタイプのサイドエントリー試料微動装置と、
   荷電粒子線の照射によって前記試料から放出される信号を検出する検出器と、
   前記検出器からの出力に基づき前記試料の画像を形成する画像形成装置と、
   を備える荷電粒子線装置において、
   前記サイドエントリー試料微動装置が、円盤状試料を所望角度で保持できる試料受け部と、当該試料受け部を前記サイドエントリー試料微動装置の回転軸に対して垂直な方向に移動できるスライド部と、を備え、
   前記試料受け部と前記スライド部とを含む円盤状試料観察モジュールが、前記サイドエントリー試料微動装置から着脱可能である、荷電粒子線装置。
2. 荷電粒子線を照射する荷電粒子線光学系と、
   試料を任意の位置へ移動する、チルトテーブルの上に回転機構を有するユーセントリックタイプの試料微動装置と、
   荷電粒子線の照射によって前記試料から放出される信号を検出する検出器と、
   前記検出器からの出力に基づき前記試料の画像を形成する画像形成装置と、
   を備える荷電粒子線装置において、
   前記試料微動装置が、円盤状試料を所望角度で保持できる試料受け部と、前記円盤状試料の中心軸が前記回転機構の回転軸に対して垂直となるように前記試料受け部を前記回転機構の回転軸に対して回転可能に保持するベース部と、を備える、荷電粒子線装置。
3. 前記試料微動装置が、前記試料受け部に保持された前記円盤状試料を回転できる、請求項２記載の荷電粒子線装置。
4. 前記試料受け部と前記ベース部とを含む円盤状試料観察モジュールが、前記試料微動装置から着脱可能である、請求項２記載の荷電粒子線装置。
5. 前記検出器が、前記円盤状試料の中心軸に対して垂直となる方向に配置されている、請求項２記載の荷電粒子線装置。
6. 前記検出器が、荷電粒子線の照射によって前記試料から放出されるＸ線を検出するＸ線検出器である、請求項５記載の荷電粒子線装置。
7. 荷電粒子線を照射する荷電粒子線光学系と、
   試料を任意の位置へ移動する、チルトテーブルの上に回転機構を有するユーセントリックタイプの試料微動装置と、
   荷電粒子線の照射によって前記試料から放出される信号を検出する検出器と、
   前記検出器からの出力に基づき前記試料の画像を形成する画像形成装置と、
   を備える荷電粒子線装置において、
   前記試料微動装置が、円盤状試料を保持できる試料受け部と、前記円盤状試料の中心軸が前記回転機構の回転軸と同一となるように前記試料受け部を保持し、且つ、前記試料受けを前記回転機構の回転軸に対して垂直な方向に移動できるスライド部と、を備える、荷電粒子線装置。
8. 前記試料受け部と前記スライド部とを含む円盤状試料観察モジュールが、前記試料微動装置から着脱可能である、請求項７記載の荷電粒子線装置。
9. 前記検出器が、前記円盤状試料の中心軸に対して垂直となる方向に配置されている、請求項７記載の荷電粒子線装置。
10. 前記検出器が、荷電粒子線の照射によって前記試料から放出されるＸ線を検出するＸ線検出器である、請求項９記載の荷電粒子線装置。
11. 荷電粒子線装置に備えられた、ユーセントリックタイプのサイドエントリー試料微動装置に、着脱可能な円盤状試料観察モジュールであって、
    円盤状試料を所望角度で保持できる試料受け部と、当該試料受け部を前記サイドエントリー試料微動装置の回転軸に対して垂直な方向に移動できるスライド部と、を有する、円盤状試料観察モジュール。
12. 前記試料受け部に保持された前記円盤状試料を回転できる、請求項１１記載の円盤状試料観察モジュール。
13. 荷電粒子線装置に備えられた、チルトテーブルの上に回転機構を有するユーセントリックタイプの試料微動装置に、着脱可能な円盤状試料観察モジュールであって、
    円盤状試料を所望角度で保持できる試料受け部と、前記円盤状試料の中心軸が前記回転機構の回転軸に対して垂直となるように前記試料受け部を前記回転機構の回転軸に対して回転可能に保持するベース部と、を有する、円盤状試料観察モジュール。
14. 前記試料受け部に保持された前記円盤状試料を回転できる、請求項１３記載の円盤状試料観察モジュール。
15. 荷電粒子線装置に備えられた、チルトテーブルの上に回転機構を有するユーセントリックタイプの試料微動装置に、着脱可能な円盤状試料観察モジュールであって、
    円盤状試料を保持できる試料受け部と、前記円盤状試料の中心軸が前記回転機構の回転軸と同一となるように前記試料受け部を保持し、且つ、前記試料受け部を前記回転機構の回転軸に対して垂直な方向に移動できるスライド部と、を有する、円盤状試料観察モジュール。
16. 前記試料受け部に保持された前記円盤状試料を回転できる、請求項１５記載の円盤状試料観察モジュール。
17. 荷電粒子線を照射する荷電粒子線光学系と、
    試料を任意の位置へ移動する、球形軸受けを有するユーセントリックタイプのサイドエントリー試料微動装置と、
    荷電粒子線の照射によって前記試料から放出される信号を検出する検出器と、
    前記検出器からの出力に基づき前記試料の画像を形成する画像形成装置と、
    を備える荷電粒子線装置において、
    前記サイドエントリー試料微動装置が、円盤状試料を所望角度で保持できる試料受け部と、当該試料受け部を前記サイドエントリー試料微動装置の回転軸に対して垂直な方向に移動できるスライド部と、を備える、荷電粒子線装置。
18. 荷電粒子線を照射する荷電粒子線光学系と、
    試料を任意の位置へ移動する、ユーセントリックタイプのサイドエントリー試料微動装置と、
    荷電粒子線の照射によって前記試料から放出される信号を検出する検出器と、
    前記検出器からの出力に基づき前記試料の画像を形成する画像形成装置と、
    を備える荷電粒子線装置において、
    前記サイドエントリー試料微動装置が、円盤状試料を所望角度で保持できる試料受け部と、前記円盤状試料の側面を観察するよう前記円盤状試料を保持した際に前記試料受け部を前記サイドエントリー試料微動装置の回転軸に対して垂直な方向に移動できるスライド部と、を備える、荷電粒子線装置。