WO2017013790A1

WO2017013790A1 - 試料ステージおよびそれを用いた荷電粒子線装置

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Publication number: WO2017013790A1
Application number: PCT/JP2015/070984
Authority: WO
Inventors: 志亜之小野; 幸二金杉
Original assignee: 株式会社日立製作所
Priority date: 2015-07-23
Filing date: 2015-07-23
Publication date: 2017-01-26

Abstract

サイドエントリ型試料ステージの球形支点部の回転運動を高精度に行うことのできる分解能の高い荷電粒子線装置を提供するために、試料保持部（１３２）と、試料保持部（１３２）を回転可能に支持する球形支点部（１００）と、回転の軸受となる球形支点受け部（１１０）と、球形支点部（１００）と球形支点受け部（１１０）との間に配置された、試料保持部（１３２）を真空に封止する真空封止部材（１２０）と球形支点部（１００）の自重を支持する支持調整部（１６０）と、を備えた荷電粒子線装置とする。

Description

試料ステージおよびそれを用いた荷電粒子線装置

　本発明は、試料ステージおよびそれを用いた荷電粒子線装置に関する。

　透過電子顕微鏡をはじめとする荷電粒子線装置は空間分解能が高く、マイクロメートル（μｍ）、ナノメートル（ｎｍ）、サブナノメートル（ｓｕｂ－ｎｍ）領域の高い分解能で構造や組成に関する知識を得るためのツールとして非常に有効である。最近では、優れた試料透過能を活かし、材料科学や医学、生物学への応用研究、ならびに装置・観察手法の開発等を目的として、従来に比べて高い加速電圧を有することを特徴とする電子顕微鏡（以下、超高圧電子顕微鏡と呼ぶ。）が開発されている。

　前記超高圧電子顕微鏡を含む荷電粒子線装置では、先端に試料保持部を有する試料ホールダによって観察試料が支持され、試料位置決め装置によって試料ホールダごと試料の支持および移動する方法もある。例えば、少なくとも、円筒形の本体筒部と、当該試料支持部を回動可能に支持する球形支点部と、当該球形支点を支持する球形支点受け部を備えたサイドエントリ型試料ステージが知られている。サイドエントリ型試料ステージやそれを備えた荷電粒子線装置については、例えば特許文献１～４に開示されている。

　超高圧電子顕微鏡においては、汎用の荷電粒子線装置にくらべてはるかに高いエネルギーで電子を加速する必要があるため、レンズ、加速管や鏡体の大型化し、例えば直径５０センチメートルをこえる鏡体が実際に製作されている。前記鏡体に搭載する試料ホールダや試料ステージも大型化し、全長が５０センチメートルを超える試料ホールダや、全長が４０センチメートルをこえる試料ステージが製作されている。

　そして、高い分解能で観察試料の構造や組成に関する情報を得るためには、ステージ制御性能を高めることも必要である。ステージ制御性能としては、観察視野探索中にステージを再現性良く移動する能力、試料観察中にステージを静止する能力などがあげられる。

特開２００９－８１０８０号公報特開２００４－２５９４４８号公報特開２００５－１９７００３号公報特開２０１３－１５７１６８号公報

　超高圧電子顕微鏡において原子レベルの観察を行うためには、超高圧電子顕微鏡以外の汎用の荷電粒子線装置をはるかに上回るステージ制御性能が求められる。例えばサブナノメートルオーダーでステージを再現性良く移動する能力、数１０ピコメートルオーダーでステージを静止する能力が必要とされる。このようなステージ制御性能を実現するためには、外的な分解能劣化要因を極限まで抑える必要がある。そのためには、試料ステージを構成する部品に弾性係数の高い材料を使用することが有効である。弾性係数の高い材料を使用することで、試料ステージ動作時に試料ステージに蓄積するひずみが抑制できる。その結果としてひずみの開放を抑えられ、ステージ制御性能（特に試料観察中にステージを静止する能力）の向上が期待される。

　ここまで、超高圧電子顕微鏡において試料ステージの大型化が避けられないこと、試料ステージを構成する部品に弾性係数の高い材料（＝硬い＝重い）を使用することが望ましいことを説明したが、いずれの場合も、試料ステージの重量増大は避けて通ることができない問題となる。

　発明者等は、試料ステージの重量増大によっても、ステージ制御性能を維持できる方法を検討したので以下説明する。図１は、球形支点部１００と、当該球形支点部を支持する球形支点受け部１１０と、両者間に働く力を説明する図である。真空封止用Ｏリング１２０によって、球形支点部１００の右側は大気圧、球形支点部１００の左側は真空が保たれる。真空封止用Ｏリング１２０が、球形支点部中心軸線１０１よりも右側にある場合、球形支点部１００と球形支点受け部１１０との間には、重力が働く方向に垂直な方向に「大気圧による押圧力１４０」と「真空封止用Ｏリングの反発力１４２」の合力が働き、球形支点部１００は、電子顕微鏡の鏡体１５０に接続された球形支点受け部１１０に押し付けられ、両者は摺動部１０２にて接触している。

　このとき、重力が働く方向と平行な方向に「試料ステージ自重による力１４１」が加わる。この力によって真空封止用Ｏリング１２０の下側が押しつぶされ、球形支点部１００が沈みこみ、球形支点部１００の回転中心と球形支点受け部１１０の回転中心がずれる可能性を検討した。その結果、球形支点部１００と、固定端である球形支点受け部１１０との接触面にかかる面圧が不均一となることが分かった。

　このように、球形支点部１００を中心とした高精度な回転運動を実現し、電子顕微鏡におけるステージ制御性能を維持するためには、重力が働く方向に垂直な方向に発生する「大気圧による押圧力１４０」と「真空封止用Ｏリングの反発力１４２」の合力と比較して、重力が働く方向と平行な方向に発生する「試料ステージ自重による力１４１」を小さく抑え、球形支点部１００と球形支点受け部１１０における面圧を均一化することが望ましい。

　一般に「大気圧による押圧力１４０」と「真空封止用Ｏリングの反発力１４２」の合力は、試料ステージ本体の断面積に比例する。また「試料ステージ自重による力１４１」は、試料ステージの体積（すなわち断面積と全長の積）と、試料ステージを構成する材料の比重の積に比例する。したがって、試料ステージが大型化すると、試料ステージの断面積の増加を上回る割合で試料ステージ自重が増加する。ステージ制御性能を維持するためには、重力が働く方向に垂直な方向に発生する「大気圧による押圧力１４０」と「真空封止用Ｏリングの反発力１４２」の合力と比較して、重力が働く方向と平行な方向に発生する「試料ステージ自重による力１４１」を小さく抑え、球形支点部１００と球形支点受け部１１０における面圧を均一化することが望ましい。

　また、試料ステージに弾性係数の高い材料を使用すると試料ステージ自重はさらに増加する。超高圧電子顕微鏡においては、試料ステージ自重が増加しても、重力が働く方向に垂直な方向に発生する「大気圧による押圧力１４０」と「真空封止用Ｏリングの反発力１４２」の合力と比較して、重力が働く方向と平行な方向に発生する「試料ステージ自重による力１４１」を小さく抑え、球形支点部１００と球形支点受け部１１０における面圧を均一化することが、ステージ制御性能を維持するうえで重要である。

　重力が働く方向に垂直な方向に発生する力と比較して、重力が働く方向と平行な方向に発生する力を小さく抑えるための一つの手段として、重力が働く方向に垂直な方向に発生する力を増大する方法が考えられる。前記、重力が働く方向に垂直な方向に発生する力を調整する例として、特許文献２、特許文献３には、大気圧がステージに与える押圧力と同方向または逆方向の力を押ばねで加え、球形支点部と球形支点受け部との間にかかる押圧力を調整する方法に関して記載されている。また、特許文献２には、球形支点受け部付近に設置した真空封止用Ｏリングによる弾性力を発生させる方法について記載されている。

　しかし、重力が働く方向に垂直な方向に発生する力を増大すると、球形支点部と球形支点受け部との間にかかる面圧が増大する。その結果、面圧によって試料ステージにおける変形やひずみが増大し、ステージ制御性能を低下する懼れがある。また、面圧増大によって、球形支点部と球形支点受け部との接触部に発生する摩擦力が増大し、球形支点部や球形支点受け部の接触部における磨耗が発生し、寿命が低下する懼れがある。

　重力が働く方向に垂直な方向に発生する力と比較して、重力が働く方向と平行な方向に発生する力を小さく抑えるためのもう一つの手段として、重力が働く方向に平行な方向に発生する力をキャンセルする方法が考えられる。しかし、特許文献４に記載されているように、球形支点部に複数の球体からなる摺動部材を設け、真空保持用Ｏリングを複数設けることによっても全長が４０センチメートルをこえるような超高圧電子顕微鏡用の試料ステージは、超高圧電子顕微鏡以外の汎用の荷電粒子線装置における試料ステージにくらべて２倍以上重くなっており、試料ステージ自重を十分に支えることが出来ない。

　さらに、超高圧電子顕微鏡以外の汎用の荷電粒子線装置においても、評価観察機能の追加によって試料ホールダ重量が増大する傾向がある。試料観察時には試料ホールダを試料ステージに搭載するので、試料ホールダの重量増大が球形支点部および球形支点受け部との間に与える影響は、試料ステージの重量増大と同じである。よって、超高圧電子顕微鏡以外の汎用の荷電粒子線装置においても、試料ホールダの重量増大によってステージ制御性能を阻害する懼れがある。

　試料ステージの自重によって、球形支点部と球形支点受け部の真空封止用Ｏリングの下側が押しつぶされることで球形支点部が沈みこみ、球形支点部の回転中心と球形支点受け部の回転中心軸がずれる。その結果、球形支点部と、固定端である球形支点受け部との接触面にかかる面圧が不均一となり、球形支点部を中心とした高精度な回転運動が実現できず、荷電粒子線装置におけるステージ制御性能を阻害する懼れがある。

　本発明の目的は、球形支点部を有する試料ステージが大型化し重量が増大した場合であっても、球形支点部の回転運動を高精度に行うことのできる試料ステージや分解能の高い荷電粒子線装置を提供することにある。

　上記目的を達成するための一実施形態として、サイドエントリ型の試料ステージを備えた荷電粒子線装置において、
  試料保持部と、
  前記試料保持部を回転可能に支持する球形支点部と、
  前記回転の軸受となる球形支点受け部と、
  前記球形支点部と前記球形支点受け部との間に配置された、前記試料保持部を真空に封止する真空封止部材と、前記球形支点部の自重を支持する支持調整部と、
を備えることを特徴とする荷電粒子線装置とする。

　また、荷電粒子線装置に搭載され、試料ホールダが内部に配置される筒部と前記筒部の先端部に配置された球形支点部とを備えたサイドエントリ型の試料ステージにおいて、
前記球形支点部は、前記球形支点部の自重を支持する支持調整部が配置される溝構造を有することを特徴とする試料ステージとする。

　本発明によれば、球形支点部を有する試料ステージが大型化し重量が増大した場合であっても、球形支点部の回転運動を高精度に行うことのできる試料ステージや分解能の高い荷電粒子線装置を提供することができる。

球形支点部と、球形支点部を支持する球形支点受け部と、両者間に働く力を説明するための試料ステージの要部断面図である。本発明の第１の実施例に係る荷電粒子線装置（球形支点部と球形支点受け部との間に支持調整部を設けた場合）の要部断面図である。本発明の第２の実施例に係る荷電粒子線装置（球形支点部と球形支点受け部との間に支持調整部を設けた場合）における支持調整部の形状を説明するための図であり、（ａ）は球形支点部と球形支点受け部の断面図、（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は（ａ）のＡ－Ｂラインにおける支持調整部の各種形状を示す断面図である。本発明の第３の実施例に係る荷電粒子線装置（Ｏリングで仕切られた予備排気室を設けた場合）の要部断面図である。本発明の第４の実施例に係る荷電粒子線装置（球形支点部、球形支点受け部の部品剛性強化、低熱膨張化を図った場合）の要部断面図である。本発明の第５の実施例に係る荷電粒子線装置（真空封止用Ｏリングを球形支点受け部で保持し、支持調整部を球形支点部で保持した場合）の要部断面図である。本発明の第６の実施例に係る荷電粒子線装置（真空封止用Ｏリングと支持調整部を球形支点部で保持した場合）の要部断面図である。本発明の各実施例に係る荷電粒子線装置（透過電子顕微鏡）の概略全体構成断面図である。

　以下、本発明を実施例により説明する。なお、実施例では透過電子顕微鏡を例に説明するがこれに限定されない。また、イオンを用いた顕微鏡や分析装置等、各種荷電粒子線装置に適用することができる。また、同一符号は同一構成要素を示す。

　本発明の第１の実施例について、図１と図８を用いて説明する。先ず、本発明に係る荷電粒子線装置の一例として、図８を用いて透過電子顕微鏡２００の概略を説明する。電子銃２０１にて発生した電子線２０２は、アノード２０３で電子レンズの方向に加速され、集束レンズ２０４で収束された上で試料２０５に照射される。試料２０５は、電子線２０２が透過できる程度の厚さに薄膜化され、サイドエントリ型試料ステージ２１１の試料保持台（メッシュ）２０６に取り付けられている。このとき、試料保持台（メッシュ）２０６は、先端に試料保持部を有する透過電子顕微鏡用試料ホールダ２０７によって支持される。試料２０５を透過した電子線２０２を、対物レンズ２０８、結像レンズ２０９で拡大し、これを蛍光板２１０上に投影する。測定者は、蛍光板２１０上に現れる像を観察できる。透過電子顕微鏡内部で試料を移動させ所望の観察視野を得るための手段として、透過電子顕微鏡用試料ホールダ２０７を試料ステージ２１１に搭載し、試料位置決め装置（図示せず）によって試料ステージ２１１を介して透過電子顕微鏡用試料ホールダ２０７ごと試料２０５を移動することができる。

　次に、サイドエントリ型試料ステージの構成部品である球形支点部および球形支点受け部において、試料ステージの自重を支持する機構について説明する。

　図２は、本実施例に係る荷電粒子線装置の要部断面図であり、球形支点部１００と球形支点受け部１１０との間に支持調整部１６０を設けた場合の構成を説明するための図である。図２は、サイドエントリ型試料ステージの先端部付近の断面を示しており、前記試料ステージは少なくとも、円筒形のステージ筒部１０３と、試料ホールダ１３０を回動可能に支持する球形支点部１００と、を備える。当該球形支点部１００を支持する球形支点受け部１１０は鏡体１５０側に配置されている。試料ホールダ１３０は、少なくとも、前記試料ステージの円筒形の本体筒部１０３および球形支点部１００を貫通する棒状部材１３１と、試料保持部１３２とを備えている。観察試料は、試料位置決め装置（図示せず）によって試料ステージを介して試料ホールダ１３０ごと移動する構造となっており、観察時には真空中（試料室）において、前記試料保持部１３２によって支持され、荷電粒子線（ここでは電子線）１５１によって照射される。

　球形支点部１００と球形支点受け部１１０との間に設けられた真空封止用Ｏリング１２０によって、前記真空封止用Ｏリング１２０より右側は大気圧に、左側は真空が保たれている。その圧力差によって、球形支点部１００は、球形支点受け部１１０で直接接触する。　このとき、前記球形支点部１００と前記球形支点受け部１１０との間に設けた支持調整部１６０により、前記球形支点部１００を押し上げることで、試料ステージの自重による沈み込みがキャンセルされ、試料ステージの重量増大にかかわらず、前記球形支点部１００や球形支点受け部１１０の回転中心軸を一致させることができる。これにより、球形支点部と球形支点受け部における接触力が均一化され、ステージ制御性能を確保することができる。なお、真空封止用Ｏリング１２０は、球形支点受け部１１０に設けた真空封止用Ｏリングを保持するための構造（ここでは溝構造）と、球形支点受け部１１０に設けた支持調整部１６０を保持するための構造（ここでは溝構造）によって保持される。

　前記支持調整部１６０を、前記真空封止用Ｏリング１２０よりも右側に設けた場合、前記支持調整部１６０は大気中に存在する。このとき、試料ステージの重心近くに前記支持調整部１６０を設置すれば力学的に安定する。前記支持調整部１６０の材料としては、球形支点部１００を摺動させる部材としては特に限定されない。ゴム、テフロン（登録商標）、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミド材、プラスチック、べスペル（登録商標）をはじめとする多種の材料の中から、支持調整に必要な弾性係数や摩擦係数を持つ材料を選択すればよい。なお、真空封止用Ｏリングよりも弾性係数が大きい方が望ましい。これにより、試料ステージの自重による沈み込みを小さく抑えることができる。

　図２に示すように、前記支持調整部１６０は、前記真空封止用Ｏリング１２０と、球形支点部１００及び球形支点受け部１１０の摺動部１０２との間に設けても差し支えない。このとき、前記支持調整部１６０は真空中に存在するので、前記球形支点部１００や球形支点受け部１１０との間の接触が安定する。前記支持調整部１６０の材料としては、球形支点部１００を摺動させる部材としては特に限定されないが、前記支持調整部１６０は真空中に存在するため、真空に影響を与えにくく、かつ、真空封止用Ｏリングよりも弾性係数の大きな材料を選択するのが望ましい。なお、摺動部１０２における球形支点受け部１１０は図２に示すように直線（平面）であってもよいが、球形支点部側で凹面形状とすることもできる。図２の断面図上では、球形支点部と球形支点受け部とは点で接することが望ましい。

　前記試料ステージの自重による沈み込みをキャンセルする他の方法として、球形支点受け部１１０の形状を変更する方法も考えられる。例えば、試料ステージの自重による球形支点部１００の沈み込み量をあらかじめ見積もり、前記沈み込み量に相当する厚みを追加した球形支点部１００または球形支点受け部１１０を製作する方法や、球形支点部１００または球形支点受け部１１０の加工後に前記球形支点部１００の沈み込み量に相当する厚さの皮膜を蒸着やめっき処理で形成する方法などが考えられる。しかしながら、球形支点部１００や球形支点受け部１１０を全く同じ寸法で加工したり、全く同じ寸法の皮膜を形成したりすることは実際には不可能であるので、試料ステージの定期メンテナンスなどで、球形支点部１００や球形支点受け部１１０を交換したときに、両者を再現性よく精密に組み合わせることは難しい。

　前記試料ステージの自重による沈み込みをキャンセルする他の方法として、前記支持調整部１６０として板ばねやコイルばねを用いて、球形支点部１００を押し上げる方法も考えられる。しかしながら、板ばねやコイルばねでは、前記球形支点部１００を再現性よく押し上げることは難しい。

　よって、前記試料ステージの自重による沈み込みをキャンセルし、前記球形支点部１００や球形支点受け部１１０の回転中心軸を一致させるためには、前記支持調整部１６０によって試料ステージ自重を支えることがもっとも有効と考えられる。試料ステージに限らず、試料ホールダ自重が増大しても、適切な材料および寸法の前記支持調整部１６０と、真空封止用Ｏリング１２０とを設けることで、ステージ制御性能と真空とを両立できる。

　図２に示す球形支点部と球形支点受け部とを備えた図８に示す荷電粒子線装置を用いて試料観察を行ったところ、ステージ制御性（再現性良く移動する、又静止する能力）を高めることができ高分解能な観察を行うことができた。

　以上本実施例によれば、球形支点部を有する試料ステージが大型化し重量が増大した場合であっても、球形支点部の回転運動を高精度に行うことのできる試料ステージを備えた分解能の高い荷電粒子線装置を提供することができる。

　本発明の第２の実施例について、図３を用いて説明する。なお、実施例１に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情が無い限り本実施例にも適用することができる。

　図３は、本実施例に係る荷電粒子線装置（球形支点部と球形支点受け部との間に支持調整部を設けた場合）における支持調整部の形状を説明するための図であり、（ａ）は球形支点部と球形支点受け部の断面図、（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は（ａ）のＡ－Ｂラインにおける支持調整部の各種形状を示す断面図である。例えば、支持調整部１６０の厚みを不均一にしたり、球形支点部１００の全周ではなく一部をカバーしたり、支持調整部１６０を複数個備えたりして差し支えない。

　これまでの発明者らの実験検討の結果、球形支点部１００と球形支点受け部１１０の回転中心軸をマイクロメートルオーダで一致させる必要があることが分かった。そのためには、前記球形支点部１００を押し上げる力を調整できることが望ましい。支持調整部１６０を回転することにより、球形支点部１００における回転中心軸の偏芯量を調整することができ、球形支点部１００と球形支点受け部１１０の回転中心軸を一致させることが容易となる。支持調整部１６０の回転は、例えば試料ステージのメンテナンスの際に行うことができる。

　図３に示す支持調整部と球形支点部と球形支点受け部とを備えた図８に示す荷電粒子線装置を用いて試料観察を行ったところ、ステージ制御性（再現性良く移動する、又静止する能力）を高めることができ高分解能な観察を行うことができた。

　以上本実施例によれば、球形支点部を有する試料ステージが大型化し重量が増大した場合であっても、球形支点部の回転運動を高精度に行うことのできる試料ステージを備えた分解能の高い荷電粒子線装置を提供することができる。また、支持調整部の形状を偏向することにより、球形支点部における回転中心軸の偏芯量を微調整することが可能となる。

　本発明の第３の実施例について、図４を用いて説明する。なお、実施例１又は２に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情が無い限り本実施例にも適用することができる。

　図４は、実施例１における真空封止用Ｏリング１２０を、支持調整部１６０を挟んで試料保持部側にも設け、Ｏリングで仕切られた領域を予備排気室とした構成を示す。Ｏリングで仕切られた領域に真空排気装置を接続することにより、支持調整部や摺動部が配置された予備排気室内を大気圧としたり真空としたりすることができる。予備排気室を設けることで、試料交換、試料ステージや試料ホールダの定期メンテナンスなどが容易かつ迅速に行え、試料観察のスループットや、荷電粒子線装置の稼働率が向上する。

　図４に示す球形支点部と球形支点受け部とを備えた図８に示す荷電粒子線装置を用いて試料観察を行ったところ、ステージ制御性能（再現性良く移動する、又静止する能力）を高めることができ高分解能な観察を行うことができた。

　以上本実施例によれば、球形支点部を有する試料ステージが大型化し重量が増大した場合であっても、球形支点部の回転運動を高精度に行うことのできる試料ステージを備えた分解能の高い荷電粒子線装置を提供することができる。また、予備排気室を設けることにより、荷電粒子線装置の稼働率を向上することができる。

　本発明の第４の実施例について、図５を用いて説明する。なお、実施例１乃至３の何れかに記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情が無い限り本実施例にも適用することができる。図５は、本実施例に係る荷電粒子線装置（球形支点部、球形支点受け部の部品剛性強化、低熱膨張化を図った場合）の要部断面図である。

　図５を用いて部品剛性強化（振動固有周波数増大、振動振幅抑制）、低熱膨張化（周囲温度変化による試料ドリフト抑制）を行い、ステージ制御性能の向上を図った例について説明する。実施例１における球形支点部１００と球形支点受け部１１０の材料として、高密度、高剛性かつ低熱膨張率である材料を選択することが望ましい。少なくとも透過電子顕微鏡においては、対物レンズに収差を発生させないように部品を選択する必要があることを考慮すると、図５に示す球形支点部１０４と球形支点受け部１１１の材料として、例えば、非磁性体のヘビーメタルであるタングステンが選択できる。

　ステージ制御性能を長期間にわたって維持するためには，ヘビーメタル製の球形支点部１０４と、ヘビーメタル製の球形支点部１０４との摺動部１０２における摺動性能を長期間にわたって確保する必要がある。ステージ制御性能を低下する要因の一つとして摺動部１０２の磨耗があげられる。

　本実施例では、一例として、ヘビーメタル製の球形支点部１０４の表面の一部にめっき１０５を施した例を示している。球形支点部１０４と、球形支点部１０４の一方または両方において、その表面の全部または一部にめっき１０５を施すことにより、摺動部１０２における金属材料同士、同種材同士の接触を防ぎ、磨耗を抑えられる。

　めっきの厚さは、膜状となる厚さであれば薄いほど望ましい。めっき材としては、例えば樹脂、無電解ニッケル（カニゼン（登録商標））などが選択可能であるが、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）を選択することもできる。ＤＬＣは弾性係数が高く機械的剛性に優れるため、振動や音響に関する外部ノイズが試料搭載面に伝わりにくくなるだけでなく、試料ステージ移動時にＤＬＣめっきにおけるひずみの蓄積を抑制できる。その結果、試料ステージ移動後のひずみの開放も抑制できるので、試料観察時の静止性能の向上につながる。また、水素含有率の低いＤＬＣを選択すれば、ＤＬＣめっきからの水素抜けによる表面荒れを抑えられるので、ステージ制御性能を長期間にわたって維持できる。

　図５に示す球形支点部と球形支点受け部とを備えた図８に示す荷電粒子線装置を用いて試料観察を行ったところ、ステージ制御性能（再現性良く移動する、又静止する能力）を高めることができ高分解能な観察を行うことができた。

　以上本実施例によれば、球形支点部を有する試料ステージが大型化し重量が増大した場合であっても、球形支点部の回転運動を高精度に行うことのできる試料ステージを備えた分解能の高い荷電粒子線装置を提供することができる。また、摺動部にめっきを形成することにより、ステージ制御性能を長期間にわたって維持できる。

　本発明の第５の実施例について、図６を用いて説明する。なお、実施例１乃至４の何れかに記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情が無い限り本実施例にも適用することができる。図６は、本実施例に係る荷電粒子線装置（真空封止用Ｏリングを球形支点受け部で保持し、支持調整部を球形支点部で保持した場合）の要部断面図である。

　図６に示すように本実施例では、真空封止用Ｏリングを保持するための構造（ここでは溝構造）１２１を球形支点受け部に設け、支持調整部を保持するための構造（ここでは溝構造）１６１を球形支点部に設けた。これにより、支持調整部１６０を保持するための構造を球形支点部に設けない従来の試料ステージや、支持調整部を保持するための構造１６１を球形支点部に設けた試料ステージを、球形支点受け部を交換することなく取り付けることができる。

　以上本実施例によれば、球形支点部を有する試料ステージが大型化し重量が増大した場合であっても、球形支点部の回転運動を高精度に行うことのできる試料ステージおよび分解能の高い荷電粒子線装置を提供することができる。また、支持調整部を保持するための構造を球形支点部に設けることにより、従来の荷電粒子線装置本体側を加工することなく支持調整部を配置することができる。

　本発明の第６の実施例について、図７を用いて説明する。なお、実施例１乃至４の何れかに記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情が無い限り本実施例にも適用することができる。図７は、本実施例に係る荷電粒子線装置（真空封止用Ｏリングと支持調整部を球形支点部で保持した場合）の要部断面図である。

　図７に示すように本実施例では、真空封止用Ｏリングを保持するための構造１２１と、支持調整部を保持するための構造１６１とを、球形支点部に設けた。定期的な装置メンテナンス時に、試料ステージを荷電粒子線装置から取り外すと、真空封止用Ｏリング１２０と、支持調整部１６０も試料ステージと一体となって同時に取り外せるので、真空封止用Ｏリング１２０と、支持調整部１６０の点検調整、潤滑材塗布、交換などを迅速に行うことができる。

　以上本実施例によれば、球形支点部を有する試料ステージが大型化し重量が増大した場合であっても、球形支点部の回転運動を高精度に行うことのできる試料ステージおよび分解能の高い荷電粒子線装置を提供することができる。また、真空封止用Ｏリングを保持するための構造１２１と、支持調整部を保持するための構造１６１とを、球形支点部に設けることにより、真空封止用Ｏリング１２０と、支持調整部１６０の点検調整、潤滑材塗布、交換などを迅速に行うことができる。

　なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１００…球形支点部、１０１…球形支点部中心軸線、１０２…摺動部、１０３…ステージ筒部、１０４…ヘビーメタル製の球形支点部、１０５…めっき、１１０…球形支点受け部、１１１…ヘビーメタル製の球形支点受け部、１２０…真空封止用Ｏリング、１２１…真空封止用Ｏリングを保持するための構造、１３０…試料ホールダ、１３１…棒状部材、１３２…試料保持部、１４０…大気圧による押圧力、１４１…試料ステージ自重による力、１４２…真空封止用Ｏリングの反発力、１５０…鏡体、１５１…荷電粒子線、１６０…支持調整部、１６１…支持調整部を保持するための構造、２００…透過電子顕微鏡、２０１…電子銃、２０２…電子線、２０３…アノード、２０４…集束レンズ、２０５…試料、２０６…試料保持台、２０７…透過電子顕微鏡用試料ホールダ、２０８…対物レンズ、２０９…結像レンズ、２１０…蛍光板、２１１…試料ステージ。

Claims

　サイドエントリ型の試料ステージを備えた荷電粒子線装置において、
  試料保持部と、
  前記試料保持部を回転可能に支持する球形支点部と、
  前記回転の軸受となる球形支点受け部と、
  前記球形支点部と前記球形支点受け部との間に配置された、前記試料保持部を真空に封止する真空封止部材と、前記球形支点部の自重を支持する支持調整部と、
を備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
　請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記支持調整部を構成する材料は、前記真空封止部材よりも弾性係数が大きいことを特徴とする荷電粒子線装置。
　請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記支持調整部は、前記球形支点の下側に配置されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
　請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記真空封止部材は少なくとも２つ設けられ、前記支持調整部材と、前記球形支点部および前記球形支点受け部の摺動部と挟んでその外側に配置されることを特徴とする荷電粒子線装置。
　請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記球形支点部および前記球形支点受け部の摺動部はめっきされていることを特徴とする荷電粒子線装置。
　請求項５に記載の荷電粒子線装置において、
前記めっきは、ダイヤモンドライクカーボンめっき又は無電解ニッケルめっきであることを特徴とする荷電粒子線装置。
　請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記支持調整部は、前記真空封止部材よりも試料保持部側に配置されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
　請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記真空封止部材は、前記支持調整部よりも試料保持部側に配置されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
　請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記支持調整部および前記真空封止部材は、前記球形支点受け部に形成された溝構造の内部に配置されることを特徴とする荷電粒子線装置。
　請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記真空封止部材は、前記球形支点受け部に形成された溝構造の内部に配置され、
前記支持調整部は、前記球形支点部に形成された溝構造の内部に配置されることを特徴とする荷電粒子線装置。
　請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記支持調整部および前記真空封止部材は、前記球形支点部に形成された溝構造の内部に配置されることを特徴とする荷電粒子線装置。
　荷電粒子線装置に搭載され、試料ホールダが内部に配置される筒部と前記筒部の先端部に配置された球形支点とを備えたサイドエントリ型の試料ステージにおいて、
前記球形支点部は、前記球形支点部の自重を支持する支持調整部が配置される溝構造を有することを特徴とする試料ステージ。
　請求項１２に記載の試料ステージにおいて、
前記球形支点部は、前記荷電粒子線装置の本体に配置された球形支点受け部と前記試料ステージとの間を真空封止するための真空封止部材が配置される溝構造を更に有することを特徴とする試料ステージ。
　請求項１３に記載の試料ステージにおいて、
前記支持調整部を構成する材料は、前記真空封止部材よりも弾性係数が大きいことを特徴とする試料ステージ。
　請求項１２に記載の試料ステージにおいて、
前記球形支点部および前記荷電粒子線装置の本体に配置された球形支点受け部の摺動部はめっきされていることを特徴とする試料ステージ。