KR20210036267A - 시료 홀더 및 하전 입자 빔 장치 - Google Patents

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도시유키 이와호리
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가부시키가이샤 히다치 하이테크 사이언스
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Abstract

장치 구성이 복잡해지는 것을 억제하면서 시료의 위치 및 자세를 용이하게 변경할 수 있는 시료 홀더 및 하전 입자 빔 장치를 제공한다.
시료 홀더(19)는, 베이스부(41)와, 시료 탑재부(42)와, 회전 가이드부(43)와, 냉각 스테이지(46)와, 접속 부재(47)와, 제1 지지부와, 고정 가이드부(48)를 구비한다. 베이스부(41)는, 스테이지 구동 기구(13)에 의하여 회전 구동되는 스테이지(12)에 고정된다. 회전 가이드부(43)는 베이스부(41)와 시료 탑재부(42)의 동기적인 회전을 가이드한다. 냉각 스테이지(46)는 시료(S)를 냉각한다. 접속 부재(47)는 냉각 스테이지(46)에 접속되어 있다. 제1 지지부는, 스테이지(12)에 의하여 회전 구동되는 베이스부(41)를 지지한다. 고정 가이드부(48)는, 제1 지지부를 통하여 베이스부(41)와 접속됨과 더불어 베이스부(41)와는 독립적으로 접속 부재(47)의 고정을 가이드한다.

Description

시료 홀더 및 하전 입자 빔 장치{SAMPLE HOLDER AND CHARGED PARTICLE BEAM DEVICE}
본 발명은, 시료 홀더 및 하전 입자 빔 장치에 관한 것이다.
종래, 전자 빔 장치, 집속 이온 빔 장치 또는 집속 이온 빔 및 전자 빔의 복합 빔 장치 등의 하전 입자 빔 장치에서는, 이른바 in-situ에 의한 다양한 시료 해석을 행할 것이 요망되고 있다. 예를 들면, 시료를 냉각하면서 가공 및 관찰을 행하기 위한 냉각 스테이지, 시료의 전기 특성 등을 해석하기 위한 멀티프로브 및 시료의 기계 특성을 해석하기 위한 나노인덴터 등을 구비하는 하전 입자 빔 장치가 알려져 있다.
예를 들면, 시료의 냉각용으로서, 시료실의 내부에서 시료를 유지하는 시료 홀더와, 시료 홀더에 연결됨과 더불어 시료실에 설치된 냉각 포트를 통하여 외부로 유도되는 냉각용 열 전달 부재를 구비하는 집속 이온 빔 장치가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
일본국 특허공개 2005-136389호 공보
그런데, 상기한 바와 같은 하전 입자 빔 장치에서는, 복수의 상이한 시료 해석에 대응하여 시료실에 형성된 복수의 전용 포트에 각종 튜브 및 케이블 등이 배치되는 경우가 있다. 그러나, 시료실에 복수의 전용 포트가 형성되는 경우에는, 각종 기기의 레이아웃에 제약이 생길 우려가 있다. 또한, 예를 들면 복수의 상이한 회전축의 회전 기구 등에 의하여 구동되는 스테이지(시료대)를 구비하는 경우, 각종 시료 해석에 필요로 하는 튜브 및 케이블 등이 스테이지 또는 시료 홀더에 접속되어 있음으로써 원하는 구동이 곤란해질 우려가 있다.
본 발명은, 장치 구성이 복잡해지는 것을 억제하면서 시료의 위치 및 자세를 용이하게 변경할 수 있는 시료 홀더 및 하전 입자 빔 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 시료 홀더는, 구동 스테이지에 고정되는 베이스부와, 시료를 탑재하는 시료 탑재부와, 상기 베이스부와 상기 시료 탑재부의 동기적인 구동을 가이드하는 구동 가이드부와, 상기 시료에 소정 기능을 작용하는 기능부와, 상기 기능부에 접속되는 접속 부재와, 상기 구동 스테이지에 의하여 구동되는 상기 베이스부와 상기 접속 부재의 사이를 상대 이동 가능하게 지지하는 제1의 지지부와, 상기 제1의 지지부를 통하여 상기 베이스부와 접속됨과 더불어 상기 베이스부와는 독립적으로 상기 접속 부재의 고정을 가이드하는 고정 가이드부를 구비한다.
상기 구성에서는, 상기 구동 스테이지에 의하여 구동되는 상기 시료 탑재부와 상기 기능부의 사이를 상대 이동 가능하게 지지하는 제2의 지지부를 구비하고, 상기 기능부는, 상기 제2의 지지부를 통하여 상기 시료 탑재부와 접속되어도 된다.
상기 구성에서는, 상기 기능부는, 내부에 형성된 유로와 상기 접속 부재를 유통하는 냉매에 의하여 상기 시료 탑재부를 냉각해도 된다.
상기 구성에서는, 상기 구동 가이드부는 열 절연 구조를 구비해도 된다.
상기 구성에서는, 상기 구동 스테이지에 의하여 구동되는 상기 시료 탑재부에 고정된 상기 기능부와 상기 접속 부재의 사이를 상대 이동 가능하게 도통 상태로 접속하는 도통 접속부를 구비해도 된다.
본 발명에 따른 하전 입자 빔 장치는, 상기 중 어느 1개의 시료 홀더와, 상기 구동 스테이지가 배치되는 시료실과, 상기 시료에 하전 입자 빔을 조사하는 하전 입자 빔 경통과, 상기 시료실에 장착되는 교환실과, 상기 시료실과 상기 교환실의 사이를 개폐하는 개폐부와, 상기 시료실과 상기 교환실의 사이에서 상기 시료 홀더를 반송하는 반송 부재를 구비한다.
본 발명에 의하면, 기능부에 접속되는 접속 부재의 고정을, 구동 스테이지에 의하여 구동되는 베이스부와는 독립적으로 가이드하는 고정 가이드부를 구비함으로써, 장치 구성이 복잡해지는 것을 억제하면서 시료의 위치 및 자세를 용이하게 변경하는 것이 가능해진다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에서의 하전 입자 빔 장치의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 실시 형태에서의 하전 입자 빔 장치의 시료실 및 교환실의 일부를 파단하여 Z축 방향에서 본 도면이다.
도 3은, 본 발명의 실시 형태에서의 하전 입자 빔 장치의 스테이지 및 시료 홀더의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 4는, 본 발명의 실시 형태에서의 시료 홀더의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 5는, 본 발명의 실시 형태에서의 시료 홀더의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 6은, 본 발명의 실시 형태의 제1 변형예에서의 시료 홀더의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 7은, 본 발명의 실시 형태의 제1 변형예에서의 기능 스테이지의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8은, 본 발명의 실시 형태의 제1 변형예에서의 기능 스테이지의 다른 일례를 나타내는 도면이다.
도 9는, 본 발명의 실시 형태의 제2 변형예에서의 시료 홀더의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 10은, 도 9에 나타내는 영역 X의 부분 확대도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 따른 시료 홀더 및 하전 입자 빔 장치에 대하여, 첨부 도면을 참조하면서 설명한다.
(하전 입자 빔 장치)
도 1은, 실시 형태에서의 하전 입자 빔 장치(10)의 구성을 나타내는 사시도이다. 도 2는, 실시 형태에서의 하전 입자 빔 장치(10)의 시료실(11) 및 교환실(18)의 일부를 파단하여 Z축 방향에서 본 도면이다. 또한, 이하에 있어서, X축, Y축 및 Z축은 3차원 직교 좌표계를 구성한다. 3차원 공간에서 서로 직교하는 X축, Y축 및 Z축의 각 축 방향은, 각 축에 평행한 방향이다. X축 방향 및 Y축 방향은, 하전 입자 빔 장치(10)의 상하 방향에 직교하는 기준면(예를 들면, 수평면 등)에 평행이다. Z축 방향은 하전 입자 빔 장치(10)의 상하 방향(예를 들면, 수평면에 직교하는 연직 방향 등)에 평행이다.
하전 입자 빔 장치(10)는, 예를 들면, 전자 빔 및 집속 이온 빔의 복합 빔 장치이다. 하전 입자 빔 장치(10)는, 시료실(11)과, 스테이지(시료대)(12)와, 스테이지 구동 기구(13)와, 검출기(14)와, 가스 공급부(15)와, 전자 빔 경통(16)과, 집속 이온 빔 경통(17)과, 교환실(18)과, 시료 홀더(19)를 구비한다.
시료실(11)은 내부를 감압 상태로 유지한다.
스테이지(12)는 시료실(11)의 내부의 스테이지 구동 기구(13)에 배치되어 있다. 스테이지(12)는 시료 홀더(19)를 고정한다. 스테이지 구동 기구(13)는 시료실(11)의 내부에 고정되어 있다. 스테이지 구동 기구(13)는 제어 장치(도시 생략)로부터의 지령에 의하여 스테이지(12)를 구동한다.
도 3은, 실시 형태에서의 하전 입자 빔 장치(10)의 스테이지(12) 및 시료 홀더(19)의 구성을 나타내는 사시도이다. 스테이지 구동 기구(13)는, 예를 들면, 회전 기구(21)와, 직동(直動) 기구(22)를 구비한다. 회전 기구(21)는 스테이지(12)를 소정 회전축의 둘레로 회전시킨다. 회전 기구(21)의 소정 회전축의 축선 방향은, 예를 들면 Z축 방향에 평행이다. 직동 기구(22)는 스테이지(12) 및 회전 기구(21)를 소정 방향으로 슬라이드 이동시킨다. 직동 기구(22)의 소정 방향은, 예를 들면 Y축 방향에 평행이다. 직동 기구(22)는, 예를 들면, 회전 기구(21)가 배치되는 슬라이드 테이블(22a)과, 소정 방향으로 연장되는 직동축부(22b)와, 직동축부(22b)를 따라 슬라이드 테이블(22a)을 이동시키는 구동부(22c)를 구비한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 검출기(14)는 시료실(11)에 고정되어 있다. 검출기(14)는, 예를 들면, 집속 이온 빔의 조사에 의하여 시료(S)로부터 발생하는 이차 하전 입자(이차 전자 및 이차 이온)를 검출하는 이차 하전 입자 검출기 등이다.
가스 공급부(15)는 시료실(11)에 고정되어 있다. 가스 공급부(15)는 에칭용 가스 및 디포지션용 가스 등을 시료(S)에 공급한다. 에칭용 가스는 집속 이온 빔에 의한 시료(S)의 에칭을 시료(S)의 재질에 따라 선택적으로 촉진한다. 디포지션용 가스는 시료(S)의 표면에 금속 또는 절연체 등의 퇴적물에 의한 디포지션막을 형성한다.
전자 빔 경통(16)은 시료실(11)에 고정되어 있다. 전자 빔 경통(16)은, 전자 빔을 발생시키는 전자원과, 전자원으로부터 발생한 전자 빔을 집속 및 편향시키는 전자 광학계를 구비한다.
집속 이온 빔 경통(17)은 시료실(11)에 고정되어 있다. 집속 이온 빔 경통(17)은, 이온 빔을 발생시키는 이온원과, 이온원으로부터 발생한 이온 빔을 집속, 편향 및 수정하는 이온 광학계를 구비한다.
도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 교환실(18)은 게이트 밸브(30)를 통하여 시료실(11)에 장착되어 있다. 게이트 밸브(30)는 시료실(11) 및 교환실(18)의 서로의 내부 공간을 통하게 하는 관통 구멍(도시 생략)의 개폐를 전환한다. 교환실(18)은, 시료실(11)과 통하여 있는 경우에 내부를 감압 상태로 유지한다.
교환실(18)은, 반송 부재(31)와, 피드스루(32)를 구비한다.
반송 부재(31)의 외형은, 예를 들면 봉 형상이다. 반송 부재(31)의 중심축선은, 예를 들면 X축 방향에 평행이다. 반송 부재(31)의 축 방향의 제1 단부(31a)는 교환실(18)의 외부로 돌출되어 있다. 반송 부재(31)의 축 방향의 제2 단부(31b)는 시료 홀더(19)에 연결되어 있다. 반송 부재(31)는, 축 방향으로 진퇴함으로써 시료 홀더(19)를 교환실(18)과 시료실(11)의 사이에서 반송한다.
피드스루(32)는, 후술하는 시료 홀더(19)의 접속 부재(47)와 접속되어 있다. 피드스루(32)는, 교환실(18)의 내부와 외부의 사이에서 전기 신호 또는 유체 등을 수송한다. 교환실(18)에 피드스루(32)를 설치함으로써, 시료실(11)에 전용 포트를 설치하는 경우와 비교하여, 각종 기기의 레이아웃의 자유도가 커지고, 장치 구성의 복잡화가 억제된다.
(시료 홀더)
도 4는, 실시 형태에서의 시료 홀더(19)의 구성을 나타내는 사시도이다. 도 5는, 실시 형태에서의 시료 홀더(19)의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 3 내지 도 5에 나타내는 바와 같이, 시료 홀더(19)는, 베이스부(41)와, 시료 탑재부(42)와, 회전 가이드부(43)와, 제1 지지부(44)와, 제2 지지부(45)와, 냉각 스테이지(46)와, 접속 부재(47)와, 고정 가이드부(48)를 구비한다.
베이스부(41)는 스테이지(12)에 고정되어 있다. 베이스부(41)는, 제1 지지부(44)를 통하여 냉각 스테이지(46)와 접속되어 있다. 베이스부(41)의 주연부 중, 예를 들면 X축 방향을 따른 교환실(18)측의 부위에는, 교환실(18)의 반송 부재(31)의 제2 단부(31b)가 장착되는 장착부(41a)가 설치되어 있다.
시료 탑재부(42)는, 시료(S)를 탑재한다. 시료 탑재부(42)는, 회전 가이드부(43)를 통하여 베이스부(41)와 연결되어 있다. 시료 탑재부(42)는, 제2 지지부(45)를 통하여 냉각 스테이지(46)와 열적으로 접속되어 있다. 시료 탑재부(42)는, 예를 들면, 시료 고정부(42a)와, 시료 고정부(42a)에 고정된 연결부(42b)를 구비한다.
시료 고정부(42a)는 시료(S)를 고정한다. 연결부(42b)는 회전 가이드부(43)와 연결 및 고정되어 있다. 연결부(42b)는 제2 지지부(45)에 의하여 지지되어 있다. 제2 지지부(45)에 의하여 지지된 연결부(42b)는, 회전 가이드부(43)로부터 입력되는 회전 구동력에 의하여, 시료 고정부(42a)와 함께 회전축선(O)의 둘레로 회전한다. 회전축선(O)은, 예를 들면 시료 탑재부(42)의 중심축선과 동일하다. 회전축선(O)의 축선 방향은, 예를 들면 Z축 방향과 평행이다.
회전 가이드부(43)는, 베이스부(41) 및 시료 탑재부(42)에 연결 및 고정되어 있다. 회전 가이드부(43)는, 베이스부(41)와 시료 탑재부(42)의 동기적인 회전을 가이드한다. 회전 가이드부(43)는, 예를 들면 스테이지(12)가 스테이지 구동 기구(13)의 회전 기구(21)에 의하여 회전축선(O)의 둘레로 회전 구동된 경우, 베이스부(41) 및 시료 탑재부(42)를 일체적으로 스테이지(12)와 함께 회전시킨다. 회전 가이드부(43)는, 예를 들면, 베이스 연결부(43a)와, 열 절연부(43b)와, 열 절연성 연결부(43c)를 구비한다.
베이스 연결부(43a)의 외형은, 예를 들면 X-Z 평면에 평행한 판 형상 또는 후술하는 도 9 및 도 10에 나타내는 봉 형상이다. 베이스 연결부(43a)의 Z축 방향의 양단 중 제1의 단부는 베이스부(41)에 고정되어 있다. 베이스 연결부(43a)는, 예를 들면 X-Y 평면 내에서 회전축선(O)으로부터 어긋나 배치되어 있다.
열 절연부(43b)는, 베이스 연결부(43a)의 Z축 방향의 양단 중 제2의 단부에 설치되어 있다. 열 절연부(43b)는, 예를 들면 열전도율이 낮은 수지 등의 단열성의 재료에 의하여 형성되어 있다. 열 절연부(43b)는, 열 절연성 연결부(43c)를 지지하고 있다.
열 절연성 연결부(43c)는, 예를 들면 얇은 파이프 등의 열전도율이 낮은 구조의 단열성 부재이다. 열 절연성 연결부(43c)는, 시료 탑재부(42)의 연결부(42b)에 체결 등에 의하여 고정되어 있다.
제1 지지부(44)는, 예를 들면 베어링 등이다. 제1 지지부(44)는, 냉각 스테이지(46)에 배치되어 있다. 제1 지지부(44)는, 냉각 스테이지(46)에 대하여 회전축선(O)의 둘레로 상대적으로 회전 이동하는 베이스부(41)를 지지한다.
제2 지지부(45)는, 예를 들면 베어링 등이다. 제2 지지부(45)는, 냉각 스테이지(46)에 배치되어 있다. 제2 지지부(45)는, 냉각 스테이지(46)에 대하여 회전축선(O)의 둘레로 상대적으로 회전 이동하는 시료 탑재부(42)를 지지한다. 제2 지지부(45)는, 시료 탑재부(42)와 냉각 스테이지(46)의 사이에서 열전도가 생기도록 접촉 등에 의하여 시료 탑재부(42)와 냉각 스테이지(46)를 열적으로 접속하고 있다.
냉각 스테이지(46)는, 예를 들면, Z축 방향을 따라 순서대로 배치되어 일체가 된 제1 단부(46a)와, 냉각부(46b)와, 제2 단부(46c)를 구비한다.
제1 단부(46a)는 제2 지지부(45)와 접속되어 있다.
냉각부(46b)는, 제1 단부(46a) 및 제2 지지부(45)를 통하여 시료 탑재부(42)의 시료(S)를 냉각한다. 냉각부(46b)는, 회전축선(O)과 교차하여 배치된다. 냉각부(46b)의 중심축선은, 회전축선(O)과 동일하다. 냉각부(46b)는, 접속 부재(47)와 접속되어 있다. 냉각부(46b)는, 예를 들면, 접속 부재(47)를 통하여 공급 및 배출되는 냉매의 순환 유로(46d), 접속 부재(47)를 통하여 전기 신호를 출력하는 온도 센서 및 접속 부재(47)를 통하여 통전되는 펠티에 소자 등을 구비한다. 접속 부재(47)는, 예를 들면, 전기 신호 및 전원용 커넥터를 갖는 케이블(47a)과, 냉매의 공급 및 배출용인 한 쌍의 튜브(47b)를 구비한다. 냉매는, 예를 들면 펠티에 소자의 방열측을 냉각하기 위한 물 혹은 불소계 액체 또는 시료(S)를 간접적으로 냉각하기 위한 질소 등이다.
제2 단부(46c)는, 제1 지지부(44)와, 접속됨과 더불어 고정 가이드부(48)에 고정되어 있다.
고정 가이드부(48)는, 냉각 스테이지(46)에 고정되어 있다. 고정 가이드부(48)는, 제1 지지부(44)를 통하여 베이스부(41)와 접속된다. 고정 가이드부(48)는, 베이스부(41)와는 독립적으로 냉각 스테이지(46) 및 냉각 스테이지(46)에 접속된 접속 부재(47)의 고정을 가이드한다. 고정 가이드부(48)는, 예를 들면, 고정부(48a)와, 한 쌍의 연결부(48b)와, 위치 규제부(48c)를 구비한다.
고정부(48a)의 외형은, 예를 들면 X축 방향을 따라 교환실(18)을 향하여 연장되는 판 형상이다. 고정부(48a)는, X축 방향으로 베이스부(41)보다 교환실(18)측으로 돌출되어 있다. 고정부(48a)의 X축 방향의 양단 중 제1의 단부는 냉각 스테이지(46)의 제2 단부(46c)에 고정되어 있다. 고정부(48a)의 X축 방향의 양단 중 제2의 단부는, 한 쌍의 연결부(48b)에 의하여 위치 규제부(48c)에 연결되어 있다.
한 쌍의 연결부(48b)의 외형은, 예를 들면 Z축 방향으로 연장되는 봉 형상이다. 한 쌍의 연결부(48b)는, X축 방향에서 보았을 때 Y축 방향으로 베이스부(41)의 장착부(41a)의 양측에 배치되어 있다. 한 쌍의 연결부(48b)는, 장착부(41a)에 장착된 반송 부재(31)에 간섭하지 않도록 Y축 방향으로 소정 간격을 두고 배치되어 있다.
위치 규제부(48c)의 외형은, 예를 들면 Y축 방향으로 연장되는 판 형상이다. 위치 규제부(48c)는, 한 쌍의 연결부(48b)에 고정되어 있다. 위치 규제부(48c)는, 도 3에 나타내는 스테이지 구동 기구(13)의 직동 기구(22)의 직동축부(22b)에 배치된 가이드 지지부(49)에 의하여 위치 규제된다. 위치 규제부(48c)는, 예를 들면, 가이드 지지부(49)에 형성된 X축 방향으로 연장되는 오목홈(49a)에 장착됨으로써, 시료실(11)의 내부에서의 회전축선(O)의 둘레의 위치가 고정된다. 특히, 직동 기구(22)에 의하여 스테이지(12) 및 회전 기구(21)를 Y축 방향으로 슬라이드시킨 경우라도, 위치 규제부(48c)는, 회전축선(O)의 둘레의 위치가 고정된 상태로 유지된다.
상술한 바와 같이, 실시 형태의 시료 홀더(19)는, 베이스부(41)와는 독립적으로 접속 부재(47)의 고정을 가이드하는 고정 가이드부(48)를 구비함으로써, 시료(S)의 위치 및 자세를 용이하게 변경할 수 있다. 고정 가이드부(48)는, 베이스부(41) 및 시료 탑재부(42)가 동기적으로 회전하는 경우이더라도, 냉각 스테이지(46)에 접속된 접속 부재(47)를 시료실(11)에 대하여 위치 규제할 수 있다. 이것에 의하여, 접속 부재(47)의 비틀림 또는 감김 등의 문제가 생기는 것을 억제하면서, 스테이지 구동 기구(13)에 의하여 시료(S)의 위치 및 자세를 임의로 설정할 수 있고, 시료(S)의 작성 및 가공 등의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
베이스부(41)와 동기적으로 회전 구동되는 시료 탑재부(42)를 지지함과 더불어 냉각 스테이지(46)에 접속되는 제2 지지부(45)를 구비함으로써, 냉각 스테이지(46)를 시료실(11)에 대하여 위치 규제하면서 시료 탑재부(42)와 냉각 스테이지(46) 사이의 원하는 열전도를 확보할 수 있다.
베이스부(41)와 시료 탑재부(42)를 연결하는 회전 가이드부(43)는, 열 절연부(43b) 및 열 절연성 연결부(43c)를 구비함으로써, 냉각 스테이지(46)에 의한 시료 탑재부(42)의 냉각이 억제되는 것을 방지할 수 있다.
(변형예)
이하, 실시 형태의 변형예에 대하여 설명한다.
상술한 실시 형태에서는, 시료 홀더(19)는 냉각 스테이지(46)를 구비한다고 했지만, 이에 한정되지 않고, 냉각 스테이지(46) 대신에 시료(S)에 소정 기능을 작용하는 기능 스테이지를 구비해도 된다.
도 6은, 실시 형태의 제1 변형예에서의 시료 홀더(19A)의 구성을 나타내는 단면도이다. 도 7은, 실시 형태의 제1 변형예에서의 기능 스테이지(51)의 일례를 나타내는 도면이다. 도 8은, 실시 형태의 제1 변형예에서의 기능 스테이지(51)의 다른 일례를 나타내는 도면이다. 또한, 이하에 있어서, 상술한 실시 형태와 동일 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙여 설명을 생략 또는 간략하게 한다.
제1 변형예의 시료 홀더(19A)는, 베이스부(41)와, 기능 스테이지(51)와, 회전 가이드부(43A)와, 제1 지지부(44)와, 접속 부재(47A)와, 고정 가이드부(48)를 구비한다.
기능 스테이지(51)는, 예를 들면, 시료 탑재부(61)와, 기능부(해석부, 시험부, 제어부)(62)와, 연결부(63)와, 접속 단부(64)와, 도통 접속부(65)를 구비한다.
시료 탑재부(61)는 시료(S)를 탑재하여 고정한다. 시료 탑재부(61)는 기능부(62)에 고정되어 있다. 시료 탑재부(61)는 기능부(62)의 작용에 따른 구성을 구비한다.
예를 들면 도 7에 나타내는 바와 같이, 시료(S)의 전기 특성 또는 불량 부위 등을 해석하는 기능부(62)의 경우, 시료 탑재부(61)는, 액추에이터(61a)와, 프로브(61b)를 구비한다. 액추에이터(61a)는, 프로브(61b)를 시료(S)에 접촉시킴과 더불어, 프로브(61b)를 통하여 시료(S)에 전압의 인가 등을 행한다. 기능부(62)는, 액추에이터(61a) 및 프로브(61b)를 통하여 전류 및 전압 등의 인가 및 계측을 행한다.
예를 들면 도 8에 나타내는 바와 같이, 시료(S)의 기계 특성을 해석하는 기능부(62)의 경우, 시료 탑재부(61)는, 액추에이터(61c)와, 가동 기구부(61d)를 구비한다. 액추에이터(61c)는, 가동 기구부(61d)의 구동에 의하여 시료(S)의 인장, 압축, 비틀림 및 전단 등을 행한다. 기능부(62)는, 액추에이터(61c) 및 가동 기구부(61d)를 통하여 전원 공급 그리고 하중 및 변위 등의 상태량의 계측을 행한다.
연결부(63)는 기능부(62)에 고정되어 있다. 연결부(63)는 회전 가이드부(43A)에 연결되어 있다.
회전 가이드부(43A)는, 베이스부(41) 및 연결부(63)에 연결 및 고정되어 있다. 회전 가이드부(43A)는, 베이스부(41)와 시료 탑재부(61) 및 기능부(62)의 동기적인 회전을 가이드한다. 회전 가이드부(43A)는, 예를 들면 스테이지(12)가 스테이지 구동 기구(13)의 회전 기구(21)에 의하여 회전축선(O)의 둘레로 회전 구동된 경우, 베이스부(41)와 시료 탑재부(61) 및 기능부(62)를 일체적으로 스테이지(12)와 함께 회전시킨다. 회전 가이드부(43A)는, 예를 들면, 베이스 연결부(43a)와, 절연 연결부(43d)를 구비한다. 절연 연결부(43d)는, 예를 들면, 수지 또는 세라믹스 등의 전기 절연성이 높은 재료에 의하여 형성되어 있다. 절연 연결부(43d)는, 기능 스테이지(51)의 연결부(63)에 체결 등에 의하여 고정되어 있다.
접속 단부(64)는, 제1 지지부(44)와 접속됨과 더불어 고정 가이드부(48)에 고정되어 있다. 접속 단부(64)는, 접속 부재(47A)와 접속되어 있다. 접속 부재(47A)는, 예를 들면, 전기 신호 및 전원용 커넥터를 갖는 케이블(47a)을 구비한다. 제1 지지부(44)는, 접속 단부(64)에 대하여 회전축선(O)의 둘레로 상대적으로 회전 이동하는 베이스부(41)를 지지한다. 고정 가이드부(48)는, 베이스부(41)와는 독립적으로 접속 단부(64) 및 접속 단부(64)에 접속된 접속 부재(47A)의 고정을 가이드한다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 연결부(63)와 접속 단부(64)는 도통 접속부(65)에 접속되어 있다. 도통 접속부(65)는, 예를 들면 회전 접속용 커넥터 등이다. 도통 접속부(65)는, 스테이지(12)에 의하여 구동되는 시료 탑재부(61), 기능부(62) 및 연결부(63)와, 접속 단부(64) 및 접속 단부(64)에 접속된 접속 부재(47A)를, 상대 이동 가능하게, 도통 상태로 접속한다. 도통 접속부(65)는, 예를 들면, 연결부(63)에 고정된 제1 접속부(65a)와, 접속 단부(64)에 고정된 제2 접속부(65b)를 구비한다. 제1 접속부(65a) 및 제2 접속부(65b)는, 상호의 도통 상태를 유지하면서 회전축선(O)의 둘레로 상대적으로 회전 이동한다.
상술한 제1 변형예에서는, 베이스부(41)와는 독립적으로 접속 부재(47A)의 고정을 가이드하는 고정 가이드부(48)를 구비하는 것에 더하여, 스테이지(12)에 의하여 구동되는 시료 탑재부(61)와, 시료실(11)에 대하여 위치 규제되는 접속 부재(47A)의 사이를 상대 이동 가능하게 도통 상태로 접속하는 도통 접속부(65)를 구비함으로써, 시료(S)의 위치 및 자세를 용이하게 변경할 수 있다. 도통 접속부(65)는, 상호의 도통 상태를 유지하면서 상대적으로 회전하는 제1 접속부(65a) 및 제2 접속부(65b)를 구비하므로, 접속 부재(47A)의 비틀림 또는 감김 등의 문제가 생기는 것을 억제할 수 있다. 이것에 의하여, 시료(S)에 대한 전류 및 전압 등의 인가 및 계측을 확보하면서, 스테이지 구동 기구(13)에 의하여 시료(S)의 위치 및 자세를 임의로 설정할 수 있어, 각종 시료 해석을 용이하게 행할 수 있다.
상술한 실시 형태에서는, 회전 가이드부(43)의 베이스 연결부(43a)는, 회전축선(O)으로부터 어긋나 배치된다고 했지만, 이에 한정되지 않고, 베이스 연결부(43a)의 중심축선은 회전축선(O)과 동일해도 된다.
도 9는, 실시 형태의 제2 변형예에서의 시료 홀더(19B)의 구성을 나타내는 단면도이다. 도 10은, 도 9에 나타내는 영역 X의 부분 확대도이다. 또한, 이하에 있어서, 상술한 실시 형태와 동일 부분에 대해서는 동일한 부호를 배치하여 설명을 생략 또는 간략하게 한다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 제2 변형예의 시료 홀더(19B)에서는, 회전 가이드부(43B)는, 회전축선(O)을 따라 순서대로 배치되어 일체가 된 베이스 연결부(43a)와, 열 절연부(43b)와, 열 절연성 연결부(43c)와, 절연 연결부(43d)를 구비한다.
베이스 연결부(43a)의 외형은, 예를 들면 회전축선(O)을 따라 연장되는 봉 형상이다. 베이스 연결부(43a)의 Z축 방향의 양단 중 제1의 단부는 베이스부(41)에 고정되어 있다.
열 절연부(43b)는, 베이스 연결부(43a)의 Z축 방향의 양단 중 제2의 단부에 설치되어 있다. 열 절연부(43b)는, 예를 들면 열전도율이 낮은 수지 등의 단열성의 재료에 의하여 형성되어 있다. 열 절연부(43b)는, 열 절연성 연결부(43c)를 지지하고 있다.
열 절연성 연결부(43c)는, 예를 들면 얇은 파이프 등의 열전도율이 낮은 구조의 단열성 부재이다. 열 절연성 연결부(43c)는, 절연 연결부(43d)에 고정되어 있다.
절연 연결부(43d)는, 시료 탑재부(42)의 연결부(42b)에 고정되어 있다. 절연 연결부(43d)는, 예를 들면 열전도율이 낮은 수지 등의 단열성의 재료에 의하여 형성되어 있다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 시료 홀더(19B)의 제1 지지부(44)는, 냉각 스테이지(46)가 아니라 고정 가이드부(48)의 고정부(48a)에 접속된 축부(48e)에 배치되어 있다. 제1 지지부(44)는, 고정 가이드부(48)에 대하여 회전축선(O)의 둘레로 상대적으로 회전 이동하는 베이스부(41)를 지지한다.
시료 홀더(19B)의 냉각 스테이지(46)는, Y축 방향에서 보았을 때 회전축선(O)으로부터 어긋난 위치에서 Z축 방향의 양측으로부터 제2 지지부(45)와 고정 가이드부(48)의 고정부(48a)에 끼워 넣어지도록 배치되어 있다. 냉각 스테이지(46)의 제2 단부(46c)는, 제1 지지부(44)와는 접속되지 않고 고정 가이드부(48)에 고정되어 있다.
제2 변형예의 고정 가이드부(48)는, 고정부(48a)에 배치된 제3 지지부(48d)를 구비한다. 제3 지지부(48d)는, 예를 들면 베어링 등이다. 제3 지지부(48d)는, 고정부(48a)에 대하여 회전축선(O)의 둘레로 상대적으로 회전 이동하는 베이스 연결부(43a)를 지지한다.
상술한 제2 변형예에서는, 회전 가이드부(43B)의 중심축선은 회전축선(O)과 동일함으로써, 베이스부(41) 및 시료 탑재부(42)가 회전축선(O)의 둘레로 360° 회전하는 경우이더라도, 회전 가이드부(43B)와 냉각 스테이지(46)에 접속된 접속 부재(47)가 간섭하는 것은 방지된다. 이것에 의하여, 접속 부재(47)의 비틀림 또는 감김 등의 문제가 생기는 것을 억제하면서, 스테이지 구동 기구(13)에 의하여 시료(S)의 위치 및 자세를 임의로 설정할 수 있고, 시료(S)의 작성 및 가공 등의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
실시 형태 및 변형예의 하전 입자 빔 장치(10)는, 시료 홀더(19, 19A, 19B)를 시료실(11)과 교환실(18)의 사이에서 반송하는 반송 부재(31)를 구비함으로써, 장치 구성이 복잡해지는 것을 억제하면서 시료(S)에 대한 각종 기능을 실현할 수 있다. 예를 들면 시료실(11) 내의 스테이지(12) 등의 개조 및 시료실(11)에 대한 각종 포트의 형성을 필요로 하지 않고, 시료 홀더(19, 19A, 19B)의 교환에 의하여 시료(S)에 대한 각종 기능을 용이하게 변경할 수 있다.
상술한 실시 형태에서는, 하전 입자 빔 장치(10)는, 전자 빔 및 집속 이온 빔의 복합 빔 장치라고 했지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 하전 입자 빔 장치(10)는, 집속 이온 빔 장치 또는 전자 빔 장치여도 된다.
본 발명의 실시 형태는, 예로서 제시한 것이고, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 실시 형태는, 그 외의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서, 다양한 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시 형태나 그 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함되는 것과 동일하게, 특허청구범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함되는 것이다.
O 회전축선
S 시료
10 하전 입자 빔 장치
11 시료실
12 스테이지(구동 스테이지)
13 스테이지 구동 기구
14 검출기
15 가스 공급부
16 전자 빔 경통(하전 입자 빔 경통)
17 집속 이온 빔 경통(하전 입자 빔 경통)
18 교환실
19, 19A, 19B 시료 홀더
21 회전 기구
22 직동 기구
30 게이트 밸브(개폐부)
31 반송 부재
32 피드스루
41 베이스부
42 시료 탑재부
42a 시료 고정부
42b 연결부
43, 43A, 43B 회전 가이드부(구동 가이드부)
44 제1 지지부(제1의 지지부)
45 제2 지지부(제2의 지지부)
46 냉각 스테이지
46b 냉각부(기능부)
46d 순환 유로(유로)
47, 47A 접속 부재
48 고정 가이드부
49 가이드 지지부
51 기능 스테이지
61 시료 탑재부
62 기능부
63 연결부
64 접속 단부
65 도통 접속부

Claims (6)

  1. 구동 스테이지에 고정되는 베이스부와,
    시료를 탑재하는 시료 탑재부와,
    상기 베이스부와 상기 시료 탑재부의 동기적인 구동을 가이드하는 구동 가이드부와,
    상기 시료에 소정 기능을 작용하는 기능부와,
    상기 기능부에 접속되는 접속 부재와,
    상기 구동 스테이지에 의하여 구동되는 상기 베이스부와 상기 접속 부재의 사이를 상대 이동 가능하게 지지하는 제1의 지지부와,
    상기 제1의 지지부를 통하여 상기 베이스부와 접속됨과 더불어 상기 베이스부와는 독립적으로 상기 접속 부재의 고정을 가이드하는 고정 가이드부를 구비하는 것을 특징으로 하는 시료 홀더.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동 스테이지에 의하여 구동되는 상기 시료 탑재부와 상기 기능부의 사이를 상대 이동 가능하게 지지하는 제2의 지지부를 구비하고,
    상기 기능부는, 상기 제2의 지지부를 통하여 상기 시료 탑재부와 접속되는 것을 특징으로 하는 시료 홀더.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 기능부는, 내부에 형성된 유로와 상기 접속 부재를 유통하는 냉매에 의하여 상기 시료 탑재부를 냉각하는 것을 특징으로 하는 시료 홀더.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 구동 가이드부는 열 절연 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 시료 홀더.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동 스테이지에 의하여 구동되는 상기 시료 탑재부에 고정된 상기 기능부와 상기 접속 부재의 사이를 상대 이동 가능하게 도통 상태로 접속하는 도통 접속부를 구비하는 것을 특징으로 하는 시료 홀더.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 시료 홀더와,
    상기 구동 스테이지가 배치되는 시료실과,
    상기 시료에 하전 입자 빔을 조사하는 하전 입자 빔 경통과,
    상기 시료실에 장착되는 교환실과,
    상기 시료실과 상기 교환실의 사이를 개폐하는 개폐부와,
    상기 시료실과 상기 교환실의 사이에서 상기 시료 홀더를 반송하는 반송 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 하전 입자 빔 장치.
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