荷電粒子線装置、試料移動装置、マスク位置調整機構、試料位置調整方法及びマスク位置調整方法
【課題】配線で可動範囲が制限されたりすることなく試料又はマスクの位置をより柔軟に調整することができる荷電粒子線装置、試料移動装置、マスク位置調整機構、試料位置調整方法及びマスク位置調整方法を提供する。
【解決手段】荷電粒子線装置の試料ステージ００８に対する試料の位置を調整する試料移動装置０４０であって、ＳＥＭ制御ユニット０１５からの指令に応じて出力指示信号を生成する赤外線ランプ制御ユニット０１４と、赤外線ランプ制御ユニット０１４からの出力指示信号に応じて赤外線信号を照射する赤外線ランプ０１０と、試料ステージ００８上に固定された試料台ホルダー００７と、試料台ホルダー００７に対し変位可能に取り付けた試料台１０２と、赤外線ランプ０１０からの赤外線信号を受光する赤外線センサー１０８と、赤外線センサー１０８で受光した赤外線信号に応じて試料台１０２を駆動するモーター１１０とを備える。
【解決手段】荷電粒子線装置の試料ステージ００８に対する試料の位置を調整する試料移動装置０４０であって、ＳＥＭ制御ユニット０１５からの指令に応じて出力指示信号を生成する赤外線ランプ制御ユニット０１４と、赤外線ランプ制御ユニット０１４からの出力指示信号に応じて赤外線信号を照射する赤外線ランプ０１０と、試料ステージ００８上に固定された試料台ホルダー００７と、試料台ホルダー００７に対し変位可能に取り付けた試料台１０２と、赤外線ランプ０１０からの赤外線信号を受光する赤外線センサー１０８と、赤外線センサー１０８で受光した赤外線信号に応じて試料台１０２を駆動するモーター１１０とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は荷電粒子線装置、試料移動装置、マスク位置調整機構、試料位置調整方法及びマスク位置調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscopy：ＳＥＭ）、エネルギー分散型Ｘ線分光器（Energy Dispersive X-ray Spectrometer：ＥＤＳ）及び後方散乱電子回折法（Electron Back-Scatter Diffractionpattern：ＥＢＳＤ）等に代表される各種分析装置、更に集束イオンビーム加工観察装置（Focus Ion Beam：ＦＩＢ）やブロードイオンビーム加工装置（Broad Ion Beam：ＢＩＢ）等に代表される前処理装置等、試料の観察・分析・加工等に用いられる荷電粒子線装置の用途及び種類は多岐にわたる。
【０００３】
こうした荷電粒子線装置では、ビームスポットに対して試料の位置や姿勢を調整するための試料ステージが備えられており、この試料ステージにもピエゾ素子を用いたもの（特許文献１等参照）や二軸回転機構を有するもの（特許文献２等参照）等、様々なものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−１２９６５４号公報
【特許文献２】特開平５−２５１０２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、荷電粒子線装置に備え付けの試料ステージでは可動範囲に不足がある場合、大幅な改造を加えて可動範囲のより広い特殊試料ステージに交換したり、備え付けの試料ステージ上に異なる試料ステージを追加搭載したりする場合がある。しかし、こうした特殊試料ステージや追加試料ステージは、装置外部から動力を供給したり動作指令したりするために有線接続する必要があり、本来の可動範囲が配線で制限されてしまう場合があった。また、ＢＩＢ加工等において試料をマスクキングするマスクの位置調整においても同様の課題が存在する。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みなされたもので、配線で可動範囲が制限されたりすることなく試料又はマスクの位置をより柔軟に調整することができる荷電粒子線装置、試料移動装置、マスク位置調整機構、試料位置調整方法及びマスク位置調整方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、第１の発明は、試料室と、この試料室内に設けた試料ステージと、この試料ステージに向けて荷電粒子線を照射する荷電粒子照射系と、前記試料ステージに対する試料の位置を調整する試料移動装置とを備え、前記試料移動装置は、接続される制御装置からの指令に応じて出力指示信号を生成する出力指示手段と、前記出力指示手段からの出力指示信号に応じて赤外線信号を照射する赤外線照射手段と、前記試料ステージ上に固定された試料台ホルダーと、この試料台ホルダーに対し変位可能に取り付けた試料台と、前記試料台ホルダーに取り付けられ、前記赤外線照射手段からの赤外線信号を受光する赤外線受光手段と、この赤外線受光手段で受光した赤外線信号に応じて前記試料台を駆動する駆動装置とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
第２の発明は、試料室と、この試料室内に設けた試料ステージと、この試料ステージに向けて荷電粒子線を照射する荷電粒子照射系と、前記試料ステージに搭載された試料に対するマスクの位置を調整するマスク位置調整機構とを備え、前記マスク位置調整機構は、接続される制御装置からの指令に応じて出力指示信号を生成する出力指示手段と、前記出力指示手段からの出力指示信号に応じて赤外線信号を照射する赤外線照射手段と、前記試料ステージ上に固定された試料台ホルダーと、この試料台ホルダーに取り付けた試料台と、前記試料台ホルダーに対し変位可能に取り付けたマスクと、前記試料台ホルダーに取り付けられ、前記赤外線照射手段からの赤外線信号を受光する赤外線受光手段と、この赤外線受光手段で受光した赤外線信号に応じて前記マスクを駆動する駆動装置とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記赤外線受光手段からの赤外線信号に応じて前記駆動装置を制御するバッテリーを有することを特徴とする。
【００１０】
第４の発明は、第３の発明において、前記赤外線受光手段が赤外線センサーであることを特徴とする。
【００１１】
第５の発明は、第３の発明において、前記赤外線受光手段は太陽電池であり、当該太陽電池で赤外線から得られた電気エネルギーが前記バッテリーに蓄電されることを特徴とする。
【００１２】
第６の発明は、第１の発明において、前記試料台が前記試料台ホルダーに対して傾動可能に設けられていることを特徴とする。
【００１３】
第７の発明は、第１の発明において、前記試料台が前記試料台ホルダーに対して上下に移動可能に設けられていることを特徴とする。
【００１４】
第８の発明は、第２の発明において、前記マスクが前記試料台ホルダーに対して水平方向に移動可能に設けられていることを特徴とする。
【００１５】
第９の発明は、荷電粒子線装置の試料ステージに対する試料の位置及び姿勢の少なくとも一方を調整する試料移動装置において、接続される制御装置からの指令に応じて出力指示信号を生成する出力指示手段と、前記出力指示手段からの出力指示信号に応じて赤外線信号を照射する赤外線照射手段と、前記試料ステージ上に固定された試料台ホルダーと、この試料台ホルダーに対し変位可能に取り付けた試料台と、前記試料台ホルダーに取り付けられ、前記赤外線照射手段からの赤外線信号を受光する赤外線受光手段と、この赤外線受光手段で受光した赤外線信号に応じて前記試料台を駆動する駆動装置とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
第１０の発明は、荷電粒子線の試料ステージに搭載された試料に対するマスクの位置を調整するマスク位置調整機構において、接続される制御装置からの指令に応じて出力指示信号を生成する出力指示手段と、前記出力指示手段からの出力指示信号に応じて赤外線信号を照射する赤外線照射手段と、前記試料ステージ上に固定された試料台ホルダーと、この試料台ホルダーに取り付けた試料台と、前記試料台ホルダーに対し変位可能に取り付けたマスクと、前記試料台ホルダーに取り付けられ、前記赤外線照射手段からの赤外線信号を受光する赤外線受光手段と、この赤外線受光手段で受光した赤外線信号に応じて前記マスクを駆動する駆動装置とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
第１１の発明は、接続される制御装置からの指令に応じて出力指示信号を生成する出力指示手段と、前記出力指示手段からの出力指示信号に応じて赤外線信号を照射する赤外線照射手段と、荷電粒子線装置の試料ステージ上に固定される試料台ホルダーと、この試料台ホルダーに対し変位可能に取り付けた試料台と、前記試料台ホルダーに取り付けられ、前記赤外線照射手段からの赤外線信号を受光する赤外線受光手段と、この赤外線受光手段で受光した赤外線信号に応じて前記試料台を駆動する駆動装置とを備えた試料移動装置を、前記荷電粒子線装置の試料ステージ上に取り付け、前記制御装置を操作して前記赤外線照射手段を制御し、赤外線信号を利用して前記試料移動装置を無線操作して前記試料ステージに対する試料の位置を調整する。
【００１８】
第１２の発明は、接続される制御装置からの指令に応じて出力指示信号を生成する出力指示手段と、前記出力指示手段からの出力指示信号に応じて赤外線信号を照射する赤外線照射手段と、荷電粒子線装置の試料ステージ上に固定される試料台ホルダーと、この試料台ホルダーに取り付けた試料台と、前記試料台ホルダーに対し変位可能に取り付けたマスクと、前記試料台ホルダーに取り付けられ、前記赤外線照射手段からの赤外線信号を受光する赤外線受光手段と、この赤外線受光手段で受光した赤外線信号に応じて前記マスクを駆動する駆動装置とを備えたマスク位置調整機構を、前記荷電粒子線装置の試料ステージ上に取り付け、前記制御装置を操作して前記赤外線照射手段を制御し、赤外線信号を利用して前記マスク位置調整機構を無線操作して前記試料ステージに搭載された試料に対するマスクの位置を調整する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、配線で可動範囲が制限されたりすることなく試料又はマスクの位置をより柔軟に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る試料移動装置を搭載した荷電粒子線装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る試料移動装置の概略構成を表す側面図、及びこの側面図中の矢印II方向から見た正面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る試料移動装置の概略構成を表す側面図、及びこの側面図中の矢印III方向から見た正面図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る試料移動装置の概略構成を表す側面図、及びこの側面図中の矢印IV方向から見た正面図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係る試料移動装置の概略構成を表す側面図、及びこの側面図中の矢印Ｖ方向から見た正面図である。
【図６】本発明の第５実施形態に係る試料移動装置の概略構成を表す側面図、及びこの側面図中の矢印VI方向から見た正面図である。
【図７】本発明の第６実施形態に係るマスク位置調整機構の概略構成を表す側面図、及びこの側面図中の矢印VII方向から見た正面図である。
【図８】本発明の第６実施形態に係るマスク位置調整機構を用いて試料を加工する様子を表した概略図である。
【図９】本発明の第７実施形態に係るマスク位置調整機構の概略構成を表す側面図、及びこの側面図中の矢印IX方向から見た正面図である。
【図１０】本発明の第８実施形態に係る試料移動装置の概略構成を表す側面図、及びこの側面図中の矢印Ｘ方向から見た正面図である。
【図１１】試料の観察面の形状が試料位置の高さ補正精度に与える影響を説明するモデル図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本実施形態は、走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscopy：ＳＥＭ）、エネルギー分散型Ｘ線分光器（Energy Dispersive X-ray Spectrometer：ＥＤＳ）及び後方散乱電子回折法（Electron Back-Scatter Diffractionpattern：ＥＢＳＤ）等の各種分析装置、更に集束イオンビーム加工観察装置（Focus Ion Beam：ＦＩＢ）やブロードイオンビーム加工装置（Broad Ion Beam：ＢＩＢ）等の前処理装置に代表される荷電粒子線装置やこれに用いる試料移動装置、これらを用いた加工・観察等の方法に係り、電子部品、半導体、材料、生物等の分野を問わず適用可能である。
【００２２】
荷電粒子線装置に備え付けの試料ステージの可動範囲に不足がある場合、大幅な改造を加えて可動範囲のより広い特殊試料ステージに交換したり、備え付けの試料ステージ上に異なる試料ステージを追加搭載したりする場合がある。しかしこうした特殊試料ステージや追加試料ステージは、装置外部から動力を供給したり動作指令したりするために有線接続する必要があり、本来の可動範囲が配線で制限されてしまう場合があった。
【００２３】
また、試料処理法や解析手法が多様化したことにより、最適な条件で試料処理法や各種解析手法をそれぞれ行うためには煩雑で時間を要する作業を伴い、観察・前処理装置の機構的制限により最適条件を実現できない場合がある。例えばＦＩＢを用いて試料の断面を作製しＳＥＭで観察する場合、ＦＩＢで作成した断面を上面方向やＳＥＭの電子線照射方向と垂直に配置する必要がある。このように観察装置と前処理装置間では、最適な加工位置や観察位置が異なるため、異なる装置で最適な加工・観察を分担する際には、装置毎に適した試料台に試料を付け替える必要があり、これが作業の煩雑化や試料汚染の要因ともなり得る。
【００２４】
更に試料を装置から取り出して付け替えるには、装置の大気開放及び真空排気等の時間も要していた。また、試料を付け替えない場合でも、各種装置を用いて試料の観察及び解析を実施する際には使用する装置のステージ機構によって試料の傾斜角度が制限されるため、試料を加工又は観察する際に装置に備え付けのステージの可動範囲以上にステージを傾斜させる必要がある場合には、結局試料を試料台から取り外して所望の傾斜面が得られるような試料台に試料を付け直さなければならない。
【００２５】
また、ＢＩＢを用いた断面作製では、試料上面にイオンビームの遮蔽板となるマスクを配置し、マスク端面から突出した部分をスパッタすることで、広領域を無応力で平滑に加工する。しかしながら、近年、微細欠陥や特定位置の広領域断面作製のニーズが増加し、従来の光学顕微鏡によるマスク位置合わせでは対応できない場合がある。加えて、解析するための加工面が得られている否かの終了判断をするためには、ＢＩＢによる加工を止め、試料を取り外し光学顕微鏡やＳＥＭ等により確認する必要があり、マスク位置調整の困難さと併せて作業を困難で煩雑なものとしていた。
【００２６】
更にＳＥＭ観察においても、上記のＦＩＢやＢＩＢによる試料断面や上面の傾斜観察では試料取り付け時の高さ調整を目視で行うため、試料上面の高さとステージの傾斜軸中心を一致させることは困難であり、観察位置がユーセントリック位置にならず、試料傾斜時に観察位置がずれるなどの問題がある。これらに対しては、事前に試料面の高さを数点計測し、補正する手法もあるが、試料上面が平坦である場合は補正可能であるが、傾斜が一様でない場合や傾斜面が凸凹な試料では補正精度が確保できない。
【００２７】
以上のように、試料処理法や解析手法が多様化したことにより、それぞれ最適な条件で試料処理法や各種解析手法を行うために、煩雑で時間を要する作業を強いられる、また装置の機構的制限によって各々の試料処理法や各種解析手法に最適な条件を実現できない等の問題があった。
【００２８】
以下にこれら問題点を解決する実施形態を説明する。
【００２９】
＜第１実施形態＞
図１は本発明の第１実施形態に係る試料移動装置を搭載した荷電粒子線装置の概略構成図である。また、図２は本発明の第１実施形態に係る試料移動装置の概略構成図で、図２（ａ）は側面図、図２（ｂ）は図２（ａ）中の矢印II方向から見た正面図である。
【００３０】
本実施形態では、赤外線ランプと赤外線センサーを持つ試料傾斜機構を本発明の試料移動装置の一態様、また当該試料移動機構を搭載した走査電子顕微鏡を本発明の荷電粒子線装置の一態様としてそれぞれ例示している。
【００３１】
図１に示した荷電粒子線装置は、試料室０１１と、この試料室０１１内に設けた当該荷電粒子線装置に備え付けの試料ステージ００８と、この試料ステージ００８に向けて荷電粒子線として電子ビーム００１を照射する荷電粒子照射系０３０と、試料ステージ００８に対する試料１０１の位置及び姿勢の少なくとも一方を調整する試料移動装置０４０と、試料１０１からの二次電子等を検出する検出器００９と、試料室０１１及び装置内を真空に保つための排気ポンプ０１２と、装置全体の動作を制御するＳＥＭ制御ユニット（制御装置）０１５とを備えている。
【００３２】
荷電粒子照射系０３０は、荷電粒子線カラム０３１内に、電子ビーム００１を取り出すための電子銃００２と、この電子銃００２を収容する電子銃室００３と、電子ビーム００１を収束させる集束レンズ００４と、電子ビーム００１を偏向させる偏向コイル００５と、対物レンズ００６とを備えている。電子銃００２から取り出された電子ビーム００１は、集束レンズ００４と対物レンズ００６によって細く集束され、偏向コイル００５によって試料１０１上を走査される。電子ビーム００１の走査により試料１０１から放出された二次荷電粒子を検出器００９で捕らえることで、検出された二次電子粒子を基に例えばＳＥＭ制御ユニット０１５でＳＥＭ像が取得される。
【００３３】
試料室０１１は、荷電粒子線カラム０３１と連結されていて、試料ステージ００８のステージ部０２０や試料１０１からの二次電子等を検出する検出器００９等を収容しており、側部には試料交換室０１３を備えている。試料ステージ００８は、ステージ部０２０をＸ，Ｙ方向（水平方向）及びＺ方向（高さ方向）に平行移動させる。加えて、鉛直な軸周りにステージ部０２０を回転させたり、水平な軸周りにステージ部０２０を傾斜させたりできるように構成される場合もある。
【００３４】
試料移動装置０４０は、図１、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示したように、接続されるＳＥＭ制御ユニット０１５からの指令に応じて出力指示信号を生成する赤外線ランプ制御ユニット（出力指示手段）０１４と、赤外線ランプ制御ユニット０１４からの出力指示信号に応じて赤外線信号を照射する赤外線ランプ（赤外線照射手段）０１０と、試料室０１１内において試料ステージ００８のステージ部０２０上に固定された試料台ホルダー００７と、この試料台ホルダー００７に対し変位可能に取り付けた試料台１０２と、赤外線ランプ０１０からの赤外線信号を受光する赤外線センサー（赤外線受光手段）１０８と、この赤外線センサー１０８で受光した赤外線信号に応じて試料台１０２を駆動するモーター（駆動装置）１１０と、このモーター１１０に電線を経由して給電するとともにモーター１１０の制御機能を有するバッテリー１０９とを備えている。
【００３５】
赤外線ランプ０１０は、オプションの取り付けやメンテナンス等のために試料室０１１に設けられたサービスポート（図示せず）を利用して、赤外線の照射部が試料室０１１の内部に臨むように試料室０１１に取り付けられている。赤外線ランプ制御ユニット０１４は、赤外線ランプ０１０及びＳＥＭ制御ユニット０１５に有線接続されている。
【００３６】
試料台ホルダー００７は、モーター１１０及びバッテリー１０９を搭載したベース０１６と、このベース０１６上に立設した互いに対向する側壁０１７，０１８とを備えている。ベース０１６の底面にはねじ穴１１１が開けられていて、このねじ穴１１１を利用してねじ（図示せず）で試料ステージ００８のステージ部０２０に直接又は治具（図示せず）を介して試料台ホルダー００７が固定される。本実施形態においてモーター１１０は、バッテリー１０９を挟んで赤外線センサー１０８の反対側に支持部材を介してベース０１６上に搭載されている。側壁０１７，０１８は、試料台１０２の傾斜軸１０３を回転自在に支持している。傾斜軸１０３は、モーター１１０の回転軸１０５とともに水平（ベース０１６と平行）な姿勢を採っている。また、試料台ホルダーの一方の側壁０１８には、赤外線センサー１０８が取り付けられている。赤外線センサー１０８はバッテリー１０９に有線接続されている。
【００３７】
モーター１１０の回転軸１０５には駆動アーム１０６が取り付けられていて、この駆動アーム１０６は試料台１０２の傾斜軸１０３に取り付けられた従動アーム１０４に対してピン１０７で係合している。モーター１１０の回転軸１０５は、試料台１０２の傾斜軸１０３と平行でかつほぼ真下に位置し、駆動アーム１０６は従動アーム１０４に比べて回転半径が小さい。ピン１０７は駆動アーム１０６に対しては固定関係にあり、従動アーム１０４に対しては従動アーム１０４に設けた長穴内に摺動可能に収容されている。ピン１０７を収容した長穴は、従動アーム１０４の長手方向に延びている。特に図示していないが、ピン１０７の駆動アーム１０６に対する取り付け位置は段階的或いは無段階に調整可能な構成としてある。
【００３８】
なお、図１及び図２に示した装置構成は一例であり、機械的および電気的可動機構は図示した態様に限定されない。
【００３９】
上記構成の試料移動装置０４０では、赤外線ランプ制御ユニット０１４で赤外線ランプ０１０を制御して赤外線ランプ０１０から赤外線を照射し、試料室０１１内で反射又は散乱した赤外線を赤外線センサー１０８で検知し、赤外線信号に応じてバッテリー１０９によってモーター１１０が制御される。モーター１１０の回転軸１０５が回転すると、駆動アーム１０６が回転し、この駆動アーム１０６の動きがピン１０７及び従動アーム１０４を介して傾斜軸１０３に伝達され、試料台１０２が傾斜軸１０３周りに傾動する。
【００４０】
なお、モーター１１０の始動・停止及び回転方向は、赤外線ランプ０１０の点灯時間及び点灯間隔、或いは赤外線の波長等の組み合わせで指示することができる。赤外線ランプ０１０の点灯時間及び点灯間隔、或いは赤外線の波長等は、例えばＳＥＭ制御ユニット０１５のＧＵＩを操作することで、赤外線ランプ制御ユニット０１４により制御される。また、更に動作ロジックを簡素化し、単に赤外線の照射中のみモーター１１０が継続的に動作する構成とすることもできる。
【００４１】
このように、本実施形態の試料移動装置０４０は、荷電粒子線装置本体とは独立して単体で動作可能であり、試料１０１の姿勢を調整することができる。
【００４２】
また、試料台１０２の傾斜角度（θ）の範囲は従動アーム１０４の振れ幅に依存するため、例えば駆動アーム１０６に対するピン１０７の位置を回転軸１０５側に移動させる、或いは駆動アーム１０６を短縮することで、試料台１０２の傾動範囲が狭まる。反対に、例えば駆動アーム１０６に対するピン１０７の位置を回転軸１０５と反対側に移動させる、或いは駆動アーム１０６を延長することで、試料台１０２の傾動範囲を広げることができる。このように、駆動アーム１０６に対するピン１０７の位置によって試料台１０２の傾動範囲を変更することができる。
【００４３】
更に、ピン１０７の位置調整では試料台１０２の傾動範囲の不足を補いきれない場合でも、試料移動機構を試料ステージ００８の傾斜機構と併用することで高角度の試料傾斜が実現できる。また、試料ステージ００８のローテーション機構と併用することで二軸傾斜も可能となる。更に試料ステージ００８に傾斜機構がない場合でも、本実施形態の試料移動機構を搭載することで試料傾斜が可能となる。更には、試料移動装置０４０が試料ステージ００８にねじで固定されていることから、例えば図１の電子銃００２をイオンガンに変更した場合、ミリングレートがイオンビームの照射角度に依存するイオンミリング法を用いた試料の加工に利用することも可能となり、異なる種類の荷電粒子線装置に共用できる。
【００４４】
また、本実施形態によれば、試料室０１１のサービスポートを利用して赤外線ランプ０１０を取り付け、試料台ホルダー００７を試料ステージ００８に固定することで簡単に取り付けられるので、荷電粒子線装置を大幅に改造する必要もない。そして、赤外線を利用してモーター１１０を無線制御することから、試料移動装置に対する動力供給や動作制御のために有線接続する場合と異なり、配線で可動範囲が制限されることがないので、試料の位置や姿勢をより柔軟に調整することができる。さらに、試料１０１や試料台１０２を付け替えることなく、試料の前処理（加工）、観察、高角度の試料傾斜が必要となるＥＢＳＤ等の解析まで幅広い工程に対応することができることから、作業の簡素化とともに試料の汚染や破損を回避することができ、個々の装置において最適条件で工程を施行することができる。
【００４５】
ここで、ＳＥＭやＦＩＢ・ＢＩＢ等の荷電粒子線を用いた装置においては、試料から発生した二次荷電粒子を検出し観察に用いるが、その二次荷電粒子を検出する検出器は一般的には二次荷電粒子を補足し、蛍光物質等で光に変換した後、光電子増倍管等で増幅させる。したがって、試料移動装置を無線制御するにしても、これらの工程に影響を与える可視光の光源は使用できない。
【００４６】
それに対し、本実施形態では赤外線を利用することで問題を解決している。本実施形態で用いるのは長波長の赤外線すなわち不可視光であり、照射による光電効果を回避することができることから、電子ビーム００１や二次荷電粒子の検出器００９に影響を与えずに観察・解析に適用可能である。仮に何らかの影響があっても消灯すればその影響はなくなる。
【００４７】
＜第２実施形態＞
図３は本発明の第２実施形態に係る試料移動装置０４０Ａの概略構成図で、図３（ａ）は側面図、図３（ｂ）は図３（ａ）中の矢印III方向から見た正面図である。
【００４８】
本実施形態は、赤外線センサー１０８に代えて太陽電池１１２を赤外線受光手段として用いた例である。太陽電池１１２は、赤外線センサー１０８と同様に試料台ホルダー００７の側壁０１８に取り付けられている。その他の構成は第１実施形態と同様である。
【００４９】
本実施形態においては、赤外線が太陽電池１１２に入射すると、光電効果により赤外線から変換された電気エネルギーがバッテリー１０９に入力されるので、この電気エネルギーの入力に応じてバッテリー１０９によってモーター１１０が制御される。したがって、本実施形態においても装置外部から有線により制御や動力を供給されることなく荷電粒子線装置本体とは独立して試料移動装置０４０Ａを単独で動作させることができる。また、動作の始動・停止や動作方向は、第１実施形態と同様に太陽電池１１２と赤外線ランプ０１０の点灯時間及び間隔や波長等の組み合わせにより制御することができる。このように観察像取得動作に影響を与えることなく試料移動装置０４０Ａを無線制御することができるので、本実施形態においても第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００５０】
加えて、赤外線でも発電する太陽電池１１２を用いることで、バッテリー１０９に充電することも可能となる。
【００５１】
＜第３実施形態＞
図４は本発明の第３実施形態に係る試料移動装置０４０Ｂの概略構成図で、図４（ａ）は側面図、図４（ｂ）は図４（ａ）中の矢印IV方向から見た正面図である。
【００５２】
本実施形態は、赤外線受光手段として赤外線センサー１０８と太陽電池１１２を併せ持つ例である。赤外線センサー１０８及び太陽電池１１２は、先の実施形態と同様に試料台ホルダー００７の側壁０１８に取り付けられており、それぞれバッテリー１０９にコードで接続されている。その他の構成は先の実施形態と同様である。
【００５３】
本実施形態においても、赤外線受光手段として赤外線センサー１０８及び太陽電池１１２を備えているので、第１実施形態及び第２実施形態と同様の効果が得られる。
【００５４】
＜第４実施形態＞
図５は本発明の第４実施形態に係る試料移動装置０４０Ｃの概略構成図で、図５（ａ）は側面図、図５（ｂ）は図５（ａ）中の矢印Ｖ方向から見た正面図である。
【００５５】
本実施形態は、試料台１０２の傾動範囲を更に広げ、試料台１０２を３６０度傾動させられる例である。本実施形態において、モーター１１０の回転軸１０５と試料台１０２の傾斜軸１０３にはそれぞれギヤ１１３，１１４が取り付けられていて、ギヤ１１３，１１４の間には中間ギヤ０１９が介設されている。中間ギヤ０１９は、例えば試料台ホルダー００７の側壁０１７に軸受を介して回転自在に支持されている。したがって、モーター１１０の回転軸１０５の回転はギヤ１１３、中間ギヤ０１９、ギヤ１１４を介して傾斜軸１０３に伝達され、試料台１０２の傾動動作に変換される。試料ステージ００８とは独立して、ギヤ１１３の回転方向によって試料台１０２が二方向に傾動する。このモーター１１０から傾斜軸１０３への動力伝達機構を除いて本実施形態は第１実施形態と同様の構成であるが、第２及び第３実施形態のように赤外線センサー１０８に太陽電池１１２を代替又は併用しても良い。
【００５６】
本実施形態においても、赤外線を利用して試料移動装置０４０Ｃを無線制御できるので、先の実施形態と同様の効果が得られる。加えて、先に説明した各実施形態のようなリンク機構では従動アーム１０４の振れ幅で試料台１０２の傾動範囲が制限されていたのに対し、本実施形態ではギヤ伝達機構であるため傾動範囲の制約がないこともメリットである。
【００５７】
＜第５実施形態＞
図６は本発明の第５実施形態に係る試料移動装置０４０Ｄの概略構成図で、図６（ａ）は側面図、図６（ｂ）は図６（ａ）中の矢印VI方向から見た正面図である。
【００５８】
本実施形態は、第３実施形態に示した構成において、試料台１０２の試料載置面を拡大し、試料台１０２に大型試料１１５を固定した例である。その他の構成は第３実施形態と同様であるが、当然ながら本実施形態はその他の実施形態と組み合わせることもできる。このように試料の大きさを考慮して予め試料台１０２の大きさを調整しておくことで、荷電粒子線装置の試料室０１１や試料交換室０１３の容量や試料ステージ００８の可動範囲で大型試料１１５を傾斜させることも可能となる。
【００５９】
＜第６実施形態＞
図７は本発明の第６実施形態に係るマスク位置調整機構０４１の概略構成図で、図７（ａ）は側面図、図７（ｂ）は図７（ａ）中の矢印VII方向から見た正面図である。
【００６０】
本実施形態は、例えばＢＩＢ加工において試料ステージに対してマスクの位置を調整するマスク位置調整機構０４１を荷電粒子線装置に取り付けた例である。図７に示したマスク位置調整機構０４１は、接続されるＳＥＭ制御ユニット０１５からの指令に応じて出力指示信号を生成する赤外線ランプ制御ユニット（出力指示手段）０１４と、赤外線ランプ制御ユニット０１４からの出力指示信号に応じて赤外線信号を照射する赤外線ランプ（赤外線照射手段）０１０と、試料室０１１内において試料ステージ００８のステージ部０２０上に固定された試料台ホルダー００７と、この試料台ホルダー００７に取り付けた試料台１０２と、試料台ホルダー００７に対し変位可能に取り付けたマスク１１７と、赤外線ランプ０１０からの赤外線信号を受光する赤外線センサー（赤外線受光手段）１０８と、この赤外線センサー１０８で受光した赤外線信号に応じてマスク１１７を移動させるモーター（駆動装置）１３１と、このモーター１３１に電線を経由して給電するとともにモーター１１０の制御機能を有するバッテリー１０９とを備えている。
【００６１】
モーター１３１は、試料台ホルダー００７の側壁０１７，０１８に対して支持部材を介して支持されている。
【００６２】
マスク１１７は、試料台ホルダー００７の側壁０１７，０１８に対して、モーター１３１の回転軸１３２と直交する方向に水平に移動可能に取り付けられている。マスク１１７には側壁０１７，０１８間に延びる長穴が設けられている。長穴はモーター１３１の回転軸１３２と直交する方向に水平に幅を持っている。この長穴には側壁０１７，０１８に軸受を介して回転自在に取り付けたピン１１６が通っている。ピン１１６にはギヤ１３４が取り付けられており、このギヤ１３４は中間ギヤ１３５を介してモーター１３１の回転軸１３２に取り付けたギヤ１３３に噛合している。中間ギヤ１３５は、例えば試料台ホルダー００７の側壁０１７に軸受を介して回転自在に支持されている。
【００６３】
したがって、赤外線信号を受けてバッテリー１０９でモーター１３１に動作指令が出力されると、モーター１３１の回転軸１３２の回転がギヤ１３３、中間ギヤ１３５、ギヤ１３４を介してピン１１６に伝達され、ピン１１６が回転してマスク１１７が長穴の幅方向に送られる。これによりマスク１１７の位置が調整され、試料１０１の加工位置調整が可能となる。
【００６４】
また、本実施形態の場合、試料台１０２は上下に平行移動可能なように側壁０１７，０１８に取り付けられており、試料台位置調整ピン１１８を操作することで試料１０１の厚さに応じて試料台１０２の高さを調整することができる構成である。既出の符号を付した部材は先の実施形態の対応の部材と同様であり、赤外線を利用したモーター１３１の制御態様も基本的に同様である。第２及び第３実施形態のように、赤外線センサー１０８に太陽電池１１２を代替又は併用することもできる。
【００６５】
ここで、従来は光学顕微鏡等でマスクの位置合わせを行っていたことから、微小な異物や不良部等の特定領域の位置合わせでは分解能が不足し、加工位置の調整が困難な場合があった。それに対し、本実施形態のマスク位置調整機構を用いた場合、光学顕微鏡より高分解能で焦点深度の深いＳＥＭで観察しながらマスクの位置合わせを行うことが可能となり、例えば図８（ａ）に示したように試料１０１とその上側に配置されたマスク１１７の両方をＳＥＭで観察しながらマスク１１７の位置を調整できるため、微小領域の加工位置調整を容易に行うことができる。
【００６６】
また、ＢＩＢを用いた前処理装置にマスクの位置調整済みの試料台ホルダー００７をそのままセットすることで、図８（ｂ）に示すように試料１０１の特定位置や微小欠陥の断面作製において高精度な加工を実現することができる。
【００６７】
＜第７実施形態＞
図９は本発明の第７実施形態に係るマスク位置調整機構０４１Ａの概略構成図で、図９（ａ）は側面図、図９（ｂ）は図９（ａ）中の矢印IX方向から見た正面図である。
【００６８】
本実施形態は、第６実施形態に試料傾斜機構を加えた構成例であり、赤外線ランプ制御ユニット０１４を用いてマスク位置調整と試料傾斜を選択・制御することが可能である。
【００６９】
本実施形態においては、ベース０１６上に支持部材１４１，１４２が立設されており、支持部材１４１，１４２に水平に通された傾斜軸１１９の両端に側壁０１７，０１８が固定されている。先の各実施形態と異なり、側壁０１７，０１８はベース０１６に固定されておらず、底部がＵ字型（半円形）に形成されており、傾斜軸１１９を中心にして傾動する構成である。また、ベース０１６上には傾斜用モーター１２１が搭載されており、傾斜用モーター１２１の回転軸に取り付けたギヤ１４３が、傾斜軸１１９に取り付けたギヤ１４４に噛合している。したがって、モーター１２１の回転軸の回転がギヤ１４３，１４４を介して傾斜軸１１９に伝達され、図９（ｃ）に示したように側壁０１７，０１８ごと試料台１０２やマスク１１７が傾斜する。
【００７０】
マスク位置調整機構等のその他の構成は第６実施形態と同様である。また、第２及び第３実施形態と同様に、赤外線センサー１０８に太陽電池１１２を代替又は併用することもできる。
【００７１】
本実施形態の場合、第６実施形態で説明したようにマスク位置を調整した後、モーター１２１の動作を第１実施形態等と同じ要領で制御することにより、側壁０１７，０１８を傾斜させ、試料１０１を傾斜させることができる。このとき、側壁０１７，０１８の底部はＵ字型であることから、１８０度の傾動範囲が確保されている。
【００７２】
本実施形態においても、赤外線通信によってマスク位置や試料の姿勢を調整することができるので、先の各実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７３】
ここで、ＢＩＢ法で作製した断面が解析や観察に必要な加工面となっているかどうかの判断は、従来、加工を止めてマスク１１７や試料１０１を取り外し、ＳＥＭや光学顕微鏡で確認することが必要であり、これらの作業が煩雑であった。また、解析や観察に必要な加工面が得られていないと判断されれば追加加工が必要になり、その場合は再度試料１０１を元の荷電粒子線装置に取り付け直し、再びマスク１１７の位置を合わせなければならず、光学顕微鏡での位置合わせも含めて作業が煩雑であり、試料の汚染や損傷の要因にもなっていた。
【００７４】
それに対し、本実施形態では、マスク１１７や試料１０１を取り外さなくてもマスク位置調整機構０４１Ａごと移載することで加工面の確認や追加加工を容易化することができる。
【００７５】
＜第８実施形態＞
図１０は本発明の第８実施形態に係る試料移動装置０４０Ｅの概略構成図で、図１０（ａ）は側面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）中の矢印Ｘ方向から見た正面図である。
【００７６】
本実施形態は、試料台１２７の高さ調整機能を有する試料移動装置０４０Ｅの構成例である。本実施形態では、試料台ホルダー００７の側壁０１７，０１８に上下に延びる長穴内を上下に摺動するピン１２８に試料台１２７が固定されている。この試料台１２７の下面は側面視でピン１２８の延在方向にピン１２８に対して一定の角度で直線的に傾斜している。この傾斜面には傾斜方向に延びる一定深さの溝が設けられており、この溝の底面（この場合、上面）をローラー１２４に載せることで試料台１２７が支持されている。
【００７７】
ローラー１２４は、ボールシャフト受け１２６でボールシャフト１２５に螺合したアーム１２３に回転自在に支持されている。ボールシャフト１２５は側壁０１７，０１８に軸受を介して回転自在に支持されており、片側の側壁０１７の近傍にギヤ１４６を有している。ギヤ１４６は、ベース０１６上に搭載したモーター１４７の回転軸１４８に取り付けたギヤ１４５に噛合しており、赤外線信号に基づくバッテリー１０９からの指令によりモーター１４７が駆動すると、その回転動力がギヤ１４５，１４６を介してボールシャフト１４５に伝達され、ボールシャフト１４５の回転運動がアーム１２３の直線運動（図１０（ａ）中の横向き矢印参照）に変換される。そして、アーム１２３が直線移動するとローラー１２４が試料台１２７の傾斜面の溝内を転動し、試料台１２７が上下方向に平行移動し（図１０（ａ）中の縦向き矢印参照）、試料１０１の高さを調整することができる。試料１０１の高さ調整の分解能は、試料台１２７の底部の傾斜面の傾斜角度で調整することができる。
【００７８】
本実施形態においても、第２及び第３実施形態のように、赤外線センサー１０８に太陽電池１１２を代替又は併用することができる。また、他の実施形態と組み合わせて構成することもできる。
【００７９】
ここで、例えばＦＩＢやＢＩＢによる試料断面や試料上面の傾斜をＳＥＭで観察する場合、従来は試料台に試料を取り付ける際の試料の高さ調整は目視で行っていた。そのため、ＳＥＭのステージの傾斜軸中心に試料上面の高さを一致させることは非常に難しく、試料観察面がユーセントリック位置にないため試料を傾斜させると観察位置がずれてしまうという問題があった。これに対しては、事前に試料上面の高さを数点計測し補正する手法もあるものの、図１１（ａ）に例示した試料１０１（ａ）のように試料上面が平坦で一様に傾斜している場合は補正可能であるが、図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）に例示した試料１０１（ｂ），１０１（ｃ）のように傾斜面が一様でない場合や凹凸が大きい場合は計測点から得られたデータと実際の試料面との形状の誤差が大きく補正も難しかった。
【００８０】
それに対し、本実施形態では、試料１０１（ｂ），１０１（ｃ）のような試料でも例えばＳＥＭ像で観察しながら試料台１２７の高さを調整することができるので、試料上面の高さを試料ステージ００８の傾斜軸中心に一致させてユーセントリック位置にすることが可能となり、試料傾斜時の観察位置のずれを回避することができる。
【００８１】
以上、第１−第８実施形態によれば、荷電粒子線装置に備え付けの試料ステージに依存せず試料の傾斜角度や高さを変更することができ、第１−第８実施形態の試料移動装置又はマスク位置調整機構を単独、或いは荷電粒子線装置の試料ステージと併用することで、試料の加工・観察・分析において試料の位置や姿勢をそれぞれ最適化することができる。試料移動装置又はマスク位置調整機構ごと荷電粒子線装置間で設置し直すことができるので、試料自体を試料台から取り外す必要がなく、試料の取り外し及び取り付けの作業の手間が大きく軽減されることに加え、試料の汚染や破損を抑制することができ、多様な試料を多様な手法で加工・観察・分析する上で非常に有用である。
【００８２】
なお、以上の各実施形態においては、試料台１０２を傾斜又は上下方向へ平行移動させる試料移動装置を例示したが、試料台１０２を水平方向に平行移動させる機構、水平面内で回転させる機構、或いは各可動機構を組み合わせた機構を有する試料移動装置にも本発明は適用可能である。また、マスク１１７を水平方向へ平行移動させるマスク位置調整機構を例示したが、必要であれば、マスク１１７を上下方向へ平行移動させる機構、水平面内で回転させる機構、傾斜させる機構、或いは各可動機構を組み合わせた機構を有するマスク位置調整機構にも本発明は適用可能である。
【符号の説明】
【００８３】
００１ 電子ビーム（荷電粒子線）
００７ 試料台ホルダー
００８ 試料ステージ
０１０ 赤外線ランプ（赤外線照射手段）
０１１ 試料室
０１４ 赤外線ランプ制御ユニット（出力指示手段）
０１５ ＳＥＭ制御ユニット（制御装置）
０３０ 荷電粒子照射系
０４０，０４０Ａ−Ｅ 試料移動装置
１０１ 試料
１０２ 試料台
１０８ 赤外線センサー（赤外線受光手段）
１０９ バッテリー
１１０ モーター（駆動装置）
１１２ 太陽電池（赤外線受光手段）
１１５ 試料
１１７ マスク
１２１ モーター（駆動装置）
１２７ 試料台
１３１ モーター（駆動装置）
１４１，１４１Ａ マスク位置調整機構
１４７ モーター（駆動装置）
【技術分野】
【０００１】
本発明は荷電粒子線装置、試料移動装置、マスク位置調整機構、試料位置調整方法及びマスク位置調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscopy：ＳＥＭ）、エネルギー分散型Ｘ線分光器（Energy Dispersive X-ray Spectrometer：ＥＤＳ）及び後方散乱電子回折法（Electron Back-Scatter Diffractionpattern：ＥＢＳＤ）等に代表される各種分析装置、更に集束イオンビーム加工観察装置（Focus Ion Beam：ＦＩＢ）やブロードイオンビーム加工装置（Broad Ion Beam：ＢＩＢ）等に代表される前処理装置等、試料の観察・分析・加工等に用いられる荷電粒子線装置の用途及び種類は多岐にわたる。
【０００３】
こうした荷電粒子線装置では、ビームスポットに対して試料の位置や姿勢を調整するための試料ステージが備えられており、この試料ステージにもピエゾ素子を用いたもの（特許文献１等参照）や二軸回転機構を有するもの（特許文献２等参照）等、様々なものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−１２９６５４号公報
【特許文献２】特開平５−２５１０２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、荷電粒子線装置に備え付けの試料ステージでは可動範囲に不足がある場合、大幅な改造を加えて可動範囲のより広い特殊試料ステージに交換したり、備え付けの試料ステージ上に異なる試料ステージを追加搭載したりする場合がある。しかし、こうした特殊試料ステージや追加試料ステージは、装置外部から動力を供給したり動作指令したりするために有線接続する必要があり、本来の可動範囲が配線で制限されてしまう場合があった。また、ＢＩＢ加工等において試料をマスクキングするマスクの位置調整においても同様の課題が存在する。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みなされたもので、配線で可動範囲が制限されたりすることなく試料又はマスクの位置をより柔軟に調整することができる荷電粒子線装置、試料移動装置、マスク位置調整機構、試料位置調整方法及びマスク位置調整方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、第１の発明は、試料室と、この試料室内に設けた試料ステージと、この試料ステージに向けて荷電粒子線を照射する荷電粒子照射系と、前記試料ステージに対する試料の位置を調整する試料移動装置とを備え、前記試料移動装置は、接続される制御装置からの指令に応じて出力指示信号を生成する出力指示手段と、前記出力指示手段からの出力指示信号に応じて赤外線信号を照射する赤外線照射手段と、前記試料ステージ上に固定された試料台ホルダーと、この試料台ホルダーに対し変位可能に取り付けた試料台と、前記試料台ホルダーに取り付けられ、前記赤外線照射手段からの赤外線信号を受光する赤外線受光手段と、この赤外線受光手段で受光した赤外線信号に応じて前記試料台を駆動する駆動装置とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
第２の発明は、試料室と、この試料室内に設けた試料ステージと、この試料ステージに向けて荷電粒子線を照射する荷電粒子照射系と、前記試料ステージに搭載された試料に対するマスクの位置を調整するマスク位置調整機構とを備え、前記マスク位置調整機構は、接続される制御装置からの指令に応じて出力指示信号を生成する出力指示手段と、前記出力指示手段からの出力指示信号に応じて赤外線信号を照射する赤外線照射手段と、前記試料ステージ上に固定された試料台ホルダーと、この試料台ホルダーに取り付けた試料台と、前記試料台ホルダーに対し変位可能に取り付けたマスクと、前記試料台ホルダーに取り付けられ、前記赤外線照射手段からの赤外線信号を受光する赤外線受光手段と、この赤外線受光手段で受光した赤外線信号に応じて前記マスクを駆動する駆動装置とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記赤外線受光手段からの赤外線信号に応じて前記駆動装置を制御するバッテリーを有することを特徴とする。
【００１０】
第４の発明は、第３の発明において、前記赤外線受光手段が赤外線センサーであることを特徴とする。
【００１１】
第５の発明は、第３の発明において、前記赤外線受光手段は太陽電池であり、当該太陽電池で赤外線から得られた電気エネルギーが前記バッテリーに蓄電されることを特徴とする。
【００１２】
第６の発明は、第１の発明において、前記試料台が前記試料台ホルダーに対して傾動可能に設けられていることを特徴とする。
【００１３】
第７の発明は、第１の発明において、前記試料台が前記試料台ホルダーに対して上下に移動可能に設けられていることを特徴とする。
【００１４】
第８の発明は、第２の発明において、前記マスクが前記試料台ホルダーに対して水平方向に移動可能に設けられていることを特徴とする。
【００１５】
第９の発明は、荷電粒子線装置の試料ステージに対する試料の位置及び姿勢の少なくとも一方を調整する試料移動装置において、接続される制御装置からの指令に応じて出力指示信号を生成する出力指示手段と、前記出力指示手段からの出力指示信号に応じて赤外線信号を照射する赤外線照射手段と、前記試料ステージ上に固定された試料台ホルダーと、この試料台ホルダーに対し変位可能に取り付けた試料台と、前記試料台ホルダーに取り付けられ、前記赤外線照射手段からの赤外線信号を受光する赤外線受光手段と、この赤外線受光手段で受光した赤外線信号に応じて前記試料台を駆動する駆動装置とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
第１０の発明は、荷電粒子線の試料ステージに搭載された試料に対するマスクの位置を調整するマスク位置調整機構において、接続される制御装置からの指令に応じて出力指示信号を生成する出力指示手段と、前記出力指示手段からの出力指示信号に応じて赤外線信号を照射する赤外線照射手段と、前記試料ステージ上に固定された試料台ホルダーと、この試料台ホルダーに取り付けた試料台と、前記試料台ホルダーに対し変位可能に取り付けたマスクと、前記試料台ホルダーに取り付けられ、前記赤外線照射手段からの赤外線信号を受光する赤外線受光手段と、この赤外線受光手段で受光した赤外線信号に応じて前記マスクを駆動する駆動装置とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
第１１の発明は、接続される制御装置からの指令に応じて出力指示信号を生成する出力指示手段と、前記出力指示手段からの出力指示信号に応じて赤外線信号を照射する赤外線照射手段と、荷電粒子線装置の試料ステージ上に固定される試料台ホルダーと、この試料台ホルダーに対し変位可能に取り付けた試料台と、前記試料台ホルダーに取り付けられ、前記赤外線照射手段からの赤外線信号を受光する赤外線受光手段と、この赤外線受光手段で受光した赤外線信号に応じて前記試料台を駆動する駆動装置とを備えた試料移動装置を、前記荷電粒子線装置の試料ステージ上に取り付け、前記制御装置を操作して前記赤外線照射手段を制御し、赤外線信号を利用して前記試料移動装置を無線操作して前記試料ステージに対する試料の位置を調整する。
【００１８】
第１２の発明は、接続される制御装置からの指令に応じて出力指示信号を生成する出力指示手段と、前記出力指示手段からの出力指示信号に応じて赤外線信号を照射する赤外線照射手段と、荷電粒子線装置の試料ステージ上に固定される試料台ホルダーと、この試料台ホルダーに取り付けた試料台と、前記試料台ホルダーに対し変位可能に取り付けたマスクと、前記試料台ホルダーに取り付けられ、前記赤外線照射手段からの赤外線信号を受光する赤外線受光手段と、この赤外線受光手段で受光した赤外線信号に応じて前記マスクを駆動する駆動装置とを備えたマスク位置調整機構を、前記荷電粒子線装置の試料ステージ上に取り付け、前記制御装置を操作して前記赤外線照射手段を制御し、赤外線信号を利用して前記マスク位置調整機構を無線操作して前記試料ステージに搭載された試料に対するマスクの位置を調整する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、配線で可動範囲が制限されたりすることなく試料又はマスクの位置をより柔軟に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る試料移動装置を搭載した荷電粒子線装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る試料移動装置の概略構成を表す側面図、及びこの側面図中の矢印II方向から見た正面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る試料移動装置の概略構成を表す側面図、及びこの側面図中の矢印III方向から見た正面図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る試料移動装置の概略構成を表す側面図、及びこの側面図中の矢印IV方向から見た正面図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係る試料移動装置の概略構成を表す側面図、及びこの側面図中の矢印Ｖ方向から見た正面図である。
【図６】本発明の第５実施形態に係る試料移動装置の概略構成を表す側面図、及びこの側面図中の矢印VI方向から見た正面図である。
【図７】本発明の第６実施形態に係るマスク位置調整機構の概略構成を表す側面図、及びこの側面図中の矢印VII方向から見た正面図である。
【図８】本発明の第６実施形態に係るマスク位置調整機構を用いて試料を加工する様子を表した概略図である。
【図９】本発明の第７実施形態に係るマスク位置調整機構の概略構成を表す側面図、及びこの側面図中の矢印IX方向から見た正面図である。
【図１０】本発明の第８実施形態に係る試料移動装置の概略構成を表す側面図、及びこの側面図中の矢印Ｘ方向から見た正面図である。
【図１１】試料の観察面の形状が試料位置の高さ補正精度に与える影響を説明するモデル図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本実施形態は、走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscopy：ＳＥＭ）、エネルギー分散型Ｘ線分光器（Energy Dispersive X-ray Spectrometer：ＥＤＳ）及び後方散乱電子回折法（Electron Back-Scatter Diffractionpattern：ＥＢＳＤ）等の各種分析装置、更に集束イオンビーム加工観察装置（Focus Ion Beam：ＦＩＢ）やブロードイオンビーム加工装置（Broad Ion Beam：ＢＩＢ）等の前処理装置に代表される荷電粒子線装置やこれに用いる試料移動装置、これらを用いた加工・観察等の方法に係り、電子部品、半導体、材料、生物等の分野を問わず適用可能である。
【００２２】
荷電粒子線装置に備え付けの試料ステージの可動範囲に不足がある場合、大幅な改造を加えて可動範囲のより広い特殊試料ステージに交換したり、備え付けの試料ステージ上に異なる試料ステージを追加搭載したりする場合がある。しかしこうした特殊試料ステージや追加試料ステージは、装置外部から動力を供給したり動作指令したりするために有線接続する必要があり、本来の可動範囲が配線で制限されてしまう場合があった。
【００２３】
また、試料処理法や解析手法が多様化したことにより、最適な条件で試料処理法や各種解析手法をそれぞれ行うためには煩雑で時間を要する作業を伴い、観察・前処理装置の機構的制限により最適条件を実現できない場合がある。例えばＦＩＢを用いて試料の断面を作製しＳＥＭで観察する場合、ＦＩＢで作成した断面を上面方向やＳＥＭの電子線照射方向と垂直に配置する必要がある。このように観察装置と前処理装置間では、最適な加工位置や観察位置が異なるため、異なる装置で最適な加工・観察を分担する際には、装置毎に適した試料台に試料を付け替える必要があり、これが作業の煩雑化や試料汚染の要因ともなり得る。
【００２４】
更に試料を装置から取り出して付け替えるには、装置の大気開放及び真空排気等の時間も要していた。また、試料を付け替えない場合でも、各種装置を用いて試料の観察及び解析を実施する際には使用する装置のステージ機構によって試料の傾斜角度が制限されるため、試料を加工又は観察する際に装置に備え付けのステージの可動範囲以上にステージを傾斜させる必要がある場合には、結局試料を試料台から取り外して所望の傾斜面が得られるような試料台に試料を付け直さなければならない。
【００２５】
また、ＢＩＢを用いた断面作製では、試料上面にイオンビームの遮蔽板となるマスクを配置し、マスク端面から突出した部分をスパッタすることで、広領域を無応力で平滑に加工する。しかしながら、近年、微細欠陥や特定位置の広領域断面作製のニーズが増加し、従来の光学顕微鏡によるマスク位置合わせでは対応できない場合がある。加えて、解析するための加工面が得られている否かの終了判断をするためには、ＢＩＢによる加工を止め、試料を取り外し光学顕微鏡やＳＥＭ等により確認する必要があり、マスク位置調整の困難さと併せて作業を困難で煩雑なものとしていた。
【００２６】
更にＳＥＭ観察においても、上記のＦＩＢやＢＩＢによる試料断面や上面の傾斜観察では試料取り付け時の高さ調整を目視で行うため、試料上面の高さとステージの傾斜軸中心を一致させることは困難であり、観察位置がユーセントリック位置にならず、試料傾斜時に観察位置がずれるなどの問題がある。これらに対しては、事前に試料面の高さを数点計測し、補正する手法もあるが、試料上面が平坦である場合は補正可能であるが、傾斜が一様でない場合や傾斜面が凸凹な試料では補正精度が確保できない。
【００２７】
以上のように、試料処理法や解析手法が多様化したことにより、それぞれ最適な条件で試料処理法や各種解析手法を行うために、煩雑で時間を要する作業を強いられる、また装置の機構的制限によって各々の試料処理法や各種解析手法に最適な条件を実現できない等の問題があった。
【００２８】
以下にこれら問題点を解決する実施形態を説明する。
【００２９】
＜第１実施形態＞
図１は本発明の第１実施形態に係る試料移動装置を搭載した荷電粒子線装置の概略構成図である。また、図２は本発明の第１実施形態に係る試料移動装置の概略構成図で、図２（ａ）は側面図、図２（ｂ）は図２（ａ）中の矢印II方向から見た正面図である。
【００３０】
本実施形態では、赤外線ランプと赤外線センサーを持つ試料傾斜機構を本発明の試料移動装置の一態様、また当該試料移動機構を搭載した走査電子顕微鏡を本発明の荷電粒子線装置の一態様としてそれぞれ例示している。
【００３１】
図１に示した荷電粒子線装置は、試料室０１１と、この試料室０１１内に設けた当該荷電粒子線装置に備え付けの試料ステージ００８と、この試料ステージ００８に向けて荷電粒子線として電子ビーム００１を照射する荷電粒子照射系０３０と、試料ステージ００８に対する試料１０１の位置及び姿勢の少なくとも一方を調整する試料移動装置０４０と、試料１０１からの二次電子等を検出する検出器００９と、試料室０１１及び装置内を真空に保つための排気ポンプ０１２と、装置全体の動作を制御するＳＥＭ制御ユニット（制御装置）０１５とを備えている。
【００３２】
荷電粒子照射系０３０は、荷電粒子線カラム０３１内に、電子ビーム００１を取り出すための電子銃００２と、この電子銃００２を収容する電子銃室００３と、電子ビーム００１を収束させる集束レンズ００４と、電子ビーム００１を偏向させる偏向コイル００５と、対物レンズ００６とを備えている。電子銃００２から取り出された電子ビーム００１は、集束レンズ００４と対物レンズ００６によって細く集束され、偏向コイル００５によって試料１０１上を走査される。電子ビーム００１の走査により試料１０１から放出された二次荷電粒子を検出器００９で捕らえることで、検出された二次電子粒子を基に例えばＳＥＭ制御ユニット０１５でＳＥＭ像が取得される。
【００３３】
試料室０１１は、荷電粒子線カラム０３１と連結されていて、試料ステージ００８のステージ部０２０や試料１０１からの二次電子等を検出する検出器００９等を収容しており、側部には試料交換室０１３を備えている。試料ステージ００８は、ステージ部０２０をＸ，Ｙ方向（水平方向）及びＺ方向（高さ方向）に平行移動させる。加えて、鉛直な軸周りにステージ部０２０を回転させたり、水平な軸周りにステージ部０２０を傾斜させたりできるように構成される場合もある。
【００３４】
試料移動装置０４０は、図１、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示したように、接続されるＳＥＭ制御ユニット０１５からの指令に応じて出力指示信号を生成する赤外線ランプ制御ユニット（出力指示手段）０１４と、赤外線ランプ制御ユニット０１４からの出力指示信号に応じて赤外線信号を照射する赤外線ランプ（赤外線照射手段）０１０と、試料室０１１内において試料ステージ００８のステージ部０２０上に固定された試料台ホルダー００７と、この試料台ホルダー００７に対し変位可能に取り付けた試料台１０２と、赤外線ランプ０１０からの赤外線信号を受光する赤外線センサー（赤外線受光手段）１０８と、この赤外線センサー１０８で受光した赤外線信号に応じて試料台１０２を駆動するモーター（駆動装置）１１０と、このモーター１１０に電線を経由して給電するとともにモーター１１０の制御機能を有するバッテリー１０９とを備えている。
【００３５】
赤外線ランプ０１０は、オプションの取り付けやメンテナンス等のために試料室０１１に設けられたサービスポート（図示せず）を利用して、赤外線の照射部が試料室０１１の内部に臨むように試料室０１１に取り付けられている。赤外線ランプ制御ユニット０１４は、赤外線ランプ０１０及びＳＥＭ制御ユニット０１５に有線接続されている。
【００３６】
試料台ホルダー００７は、モーター１１０及びバッテリー１０９を搭載したベース０１６と、このベース０１６上に立設した互いに対向する側壁０１７，０１８とを備えている。ベース０１６の底面にはねじ穴１１１が開けられていて、このねじ穴１１１を利用してねじ（図示せず）で試料ステージ００８のステージ部０２０に直接又は治具（図示せず）を介して試料台ホルダー００７が固定される。本実施形態においてモーター１１０は、バッテリー１０９を挟んで赤外線センサー１０８の反対側に支持部材を介してベース０１６上に搭載されている。側壁０１７，０１８は、試料台１０２の傾斜軸１０３を回転自在に支持している。傾斜軸１０３は、モーター１１０の回転軸１０５とともに水平（ベース０１６と平行）な姿勢を採っている。また、試料台ホルダーの一方の側壁０１８には、赤外線センサー１０８が取り付けられている。赤外線センサー１０８はバッテリー１０９に有線接続されている。
【００３７】
モーター１１０の回転軸１０５には駆動アーム１０６が取り付けられていて、この駆動アーム１０６は試料台１０２の傾斜軸１０３に取り付けられた従動アーム１０４に対してピン１０７で係合している。モーター１１０の回転軸１０５は、試料台１０２の傾斜軸１０３と平行でかつほぼ真下に位置し、駆動アーム１０６は従動アーム１０４に比べて回転半径が小さい。ピン１０７は駆動アーム１０６に対しては固定関係にあり、従動アーム１０４に対しては従動アーム１０４に設けた長穴内に摺動可能に収容されている。ピン１０７を収容した長穴は、従動アーム１０４の長手方向に延びている。特に図示していないが、ピン１０７の駆動アーム１０６に対する取り付け位置は段階的或いは無段階に調整可能な構成としてある。
【００３８】
なお、図１及び図２に示した装置構成は一例であり、機械的および電気的可動機構は図示した態様に限定されない。
【００３９】
上記構成の試料移動装置０４０では、赤外線ランプ制御ユニット０１４で赤外線ランプ０１０を制御して赤外線ランプ０１０から赤外線を照射し、試料室０１１内で反射又は散乱した赤外線を赤外線センサー１０８で検知し、赤外線信号に応じてバッテリー１０９によってモーター１１０が制御される。モーター１１０の回転軸１０５が回転すると、駆動アーム１０６が回転し、この駆動アーム１０６の動きがピン１０７及び従動アーム１０４を介して傾斜軸１０３に伝達され、試料台１０２が傾斜軸１０３周りに傾動する。
【００４０】
なお、モーター１１０の始動・停止及び回転方向は、赤外線ランプ０１０の点灯時間及び点灯間隔、或いは赤外線の波長等の組み合わせで指示することができる。赤外線ランプ０１０の点灯時間及び点灯間隔、或いは赤外線の波長等は、例えばＳＥＭ制御ユニット０１５のＧＵＩを操作することで、赤外線ランプ制御ユニット０１４により制御される。また、更に動作ロジックを簡素化し、単に赤外線の照射中のみモーター１１０が継続的に動作する構成とすることもできる。
【００４１】
このように、本実施形態の試料移動装置０４０は、荷電粒子線装置本体とは独立して単体で動作可能であり、試料１０１の姿勢を調整することができる。
【００４２】
また、試料台１０２の傾斜角度（θ）の範囲は従動アーム１０４の振れ幅に依存するため、例えば駆動アーム１０６に対するピン１０７の位置を回転軸１０５側に移動させる、或いは駆動アーム１０６を短縮することで、試料台１０２の傾動範囲が狭まる。反対に、例えば駆動アーム１０６に対するピン１０７の位置を回転軸１０５と反対側に移動させる、或いは駆動アーム１０６を延長することで、試料台１０２の傾動範囲を広げることができる。このように、駆動アーム１０６に対するピン１０７の位置によって試料台１０２の傾動範囲を変更することができる。
【００４３】
更に、ピン１０７の位置調整では試料台１０２の傾動範囲の不足を補いきれない場合でも、試料移動機構を試料ステージ００８の傾斜機構と併用することで高角度の試料傾斜が実現できる。また、試料ステージ００８のローテーション機構と併用することで二軸傾斜も可能となる。更に試料ステージ００８に傾斜機構がない場合でも、本実施形態の試料移動機構を搭載することで試料傾斜が可能となる。更には、試料移動装置０４０が試料ステージ００８にねじで固定されていることから、例えば図１の電子銃００２をイオンガンに変更した場合、ミリングレートがイオンビームの照射角度に依存するイオンミリング法を用いた試料の加工に利用することも可能となり、異なる種類の荷電粒子線装置に共用できる。
【００４４】
また、本実施形態によれば、試料室０１１のサービスポートを利用して赤外線ランプ０１０を取り付け、試料台ホルダー００７を試料ステージ００８に固定することで簡単に取り付けられるので、荷電粒子線装置を大幅に改造する必要もない。そして、赤外線を利用してモーター１１０を無線制御することから、試料移動装置に対する動力供給や動作制御のために有線接続する場合と異なり、配線で可動範囲が制限されることがないので、試料の位置や姿勢をより柔軟に調整することができる。さらに、試料１０１や試料台１０２を付け替えることなく、試料の前処理（加工）、観察、高角度の試料傾斜が必要となるＥＢＳＤ等の解析まで幅広い工程に対応することができることから、作業の簡素化とともに試料の汚染や破損を回避することができ、個々の装置において最適条件で工程を施行することができる。
【００４５】
ここで、ＳＥＭやＦＩＢ・ＢＩＢ等の荷電粒子線を用いた装置においては、試料から発生した二次荷電粒子を検出し観察に用いるが、その二次荷電粒子を検出する検出器は一般的には二次荷電粒子を補足し、蛍光物質等で光に変換した後、光電子増倍管等で増幅させる。したがって、試料移動装置を無線制御するにしても、これらの工程に影響を与える可視光の光源は使用できない。
【００４６】
それに対し、本実施形態では赤外線を利用することで問題を解決している。本実施形態で用いるのは長波長の赤外線すなわち不可視光であり、照射による光電効果を回避することができることから、電子ビーム００１や二次荷電粒子の検出器００９に影響を与えずに観察・解析に適用可能である。仮に何らかの影響があっても消灯すればその影響はなくなる。
【００４７】
＜第２実施形態＞
図３は本発明の第２実施形態に係る試料移動装置０４０Ａの概略構成図で、図３（ａ）は側面図、図３（ｂ）は図３（ａ）中の矢印III方向から見た正面図である。
【００４８】
本実施形態は、赤外線センサー１０８に代えて太陽電池１１２を赤外線受光手段として用いた例である。太陽電池１１２は、赤外線センサー１０８と同様に試料台ホルダー００７の側壁０１８に取り付けられている。その他の構成は第１実施形態と同様である。
【００４９】
本実施形態においては、赤外線が太陽電池１１２に入射すると、光電効果により赤外線から変換された電気エネルギーがバッテリー１０９に入力されるので、この電気エネルギーの入力に応じてバッテリー１０９によってモーター１１０が制御される。したがって、本実施形態においても装置外部から有線により制御や動力を供給されることなく荷電粒子線装置本体とは独立して試料移動装置０４０Ａを単独で動作させることができる。また、動作の始動・停止や動作方向は、第１実施形態と同様に太陽電池１１２と赤外線ランプ０１０の点灯時間及び間隔や波長等の組み合わせにより制御することができる。このように観察像取得動作に影響を与えることなく試料移動装置０４０Ａを無線制御することができるので、本実施形態においても第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００５０】
加えて、赤外線でも発電する太陽電池１１２を用いることで、バッテリー１０９に充電することも可能となる。
【００５１】
＜第３実施形態＞
図４は本発明の第３実施形態に係る試料移動装置０４０Ｂの概略構成図で、図４（ａ）は側面図、図４（ｂ）は図４（ａ）中の矢印IV方向から見た正面図である。
【００５２】
本実施形態は、赤外線受光手段として赤外線センサー１０８と太陽電池１１２を併せ持つ例である。赤外線センサー１０８及び太陽電池１１２は、先の実施形態と同様に試料台ホルダー００７の側壁０１８に取り付けられており、それぞれバッテリー１０９にコードで接続されている。その他の構成は先の実施形態と同様である。
【００５３】
本実施形態においても、赤外線受光手段として赤外線センサー１０８及び太陽電池１１２を備えているので、第１実施形態及び第２実施形態と同様の効果が得られる。
【００５４】
＜第４実施形態＞
図５は本発明の第４実施形態に係る試料移動装置０４０Ｃの概略構成図で、図５（ａ）は側面図、図５（ｂ）は図５（ａ）中の矢印Ｖ方向から見た正面図である。
【００５５】
本実施形態は、試料台１０２の傾動範囲を更に広げ、試料台１０２を３６０度傾動させられる例である。本実施形態において、モーター１１０の回転軸１０５と試料台１０２の傾斜軸１０３にはそれぞれギヤ１１３，１１４が取り付けられていて、ギヤ１１３，１１４の間には中間ギヤ０１９が介設されている。中間ギヤ０１９は、例えば試料台ホルダー００７の側壁０１７に軸受を介して回転自在に支持されている。したがって、モーター１１０の回転軸１０５の回転はギヤ１１３、中間ギヤ０１９、ギヤ１１４を介して傾斜軸１０３に伝達され、試料台１０２の傾動動作に変換される。試料ステージ００８とは独立して、ギヤ１１３の回転方向によって試料台１０２が二方向に傾動する。このモーター１１０から傾斜軸１０３への動力伝達機構を除いて本実施形態は第１実施形態と同様の構成であるが、第２及び第３実施形態のように赤外線センサー１０８に太陽電池１１２を代替又は併用しても良い。
【００５６】
本実施形態においても、赤外線を利用して試料移動装置０４０Ｃを無線制御できるので、先の実施形態と同様の効果が得られる。加えて、先に説明した各実施形態のようなリンク機構では従動アーム１０４の振れ幅で試料台１０２の傾動範囲が制限されていたのに対し、本実施形態ではギヤ伝達機構であるため傾動範囲の制約がないこともメリットである。
【００５７】
＜第５実施形態＞
図６は本発明の第５実施形態に係る試料移動装置０４０Ｄの概略構成図で、図６（ａ）は側面図、図６（ｂ）は図６（ａ）中の矢印VI方向から見た正面図である。
【００５８】
本実施形態は、第３実施形態に示した構成において、試料台１０２の試料載置面を拡大し、試料台１０２に大型試料１１５を固定した例である。その他の構成は第３実施形態と同様であるが、当然ながら本実施形態はその他の実施形態と組み合わせることもできる。このように試料の大きさを考慮して予め試料台１０２の大きさを調整しておくことで、荷電粒子線装置の試料室０１１や試料交換室０１３の容量や試料ステージ００８の可動範囲で大型試料１１５を傾斜させることも可能となる。
【００５９】
＜第６実施形態＞
図７は本発明の第６実施形態に係るマスク位置調整機構０４１の概略構成図で、図７（ａ）は側面図、図７（ｂ）は図７（ａ）中の矢印VII方向から見た正面図である。
【００６０】
本実施形態は、例えばＢＩＢ加工において試料ステージに対してマスクの位置を調整するマスク位置調整機構０４１を荷電粒子線装置に取り付けた例である。図７に示したマスク位置調整機構０４１は、接続されるＳＥＭ制御ユニット０１５からの指令に応じて出力指示信号を生成する赤外線ランプ制御ユニット（出力指示手段）０１４と、赤外線ランプ制御ユニット０１４からの出力指示信号に応じて赤外線信号を照射する赤外線ランプ（赤外線照射手段）０１０と、試料室０１１内において試料ステージ００８のステージ部０２０上に固定された試料台ホルダー００７と、この試料台ホルダー００７に取り付けた試料台１０２と、試料台ホルダー００７に対し変位可能に取り付けたマスク１１７と、赤外線ランプ０１０からの赤外線信号を受光する赤外線センサー（赤外線受光手段）１０８と、この赤外線センサー１０８で受光した赤外線信号に応じてマスク１１７を移動させるモーター（駆動装置）１３１と、このモーター１３１に電線を経由して給電するとともにモーター１１０の制御機能を有するバッテリー１０９とを備えている。
【００６１】
モーター１３１は、試料台ホルダー００７の側壁０１７，０１８に対して支持部材を介して支持されている。
【００６２】
マスク１１７は、試料台ホルダー００７の側壁０１７，０１８に対して、モーター１３１の回転軸１３２と直交する方向に水平に移動可能に取り付けられている。マスク１１７には側壁０１７，０１８間に延びる長穴が設けられている。長穴はモーター１３１の回転軸１３２と直交する方向に水平に幅を持っている。この長穴には側壁０１７，０１８に軸受を介して回転自在に取り付けたピン１１６が通っている。ピン１１６にはギヤ１３４が取り付けられており、このギヤ１３４は中間ギヤ１３５を介してモーター１３１の回転軸１３２に取り付けたギヤ１３３に噛合している。中間ギヤ１３５は、例えば試料台ホルダー００７の側壁０１７に軸受を介して回転自在に支持されている。
【００６３】
したがって、赤外線信号を受けてバッテリー１０９でモーター１３１に動作指令が出力されると、モーター１３１の回転軸１３２の回転がギヤ１３３、中間ギヤ１３５、ギヤ１３４を介してピン１１６に伝達され、ピン１１６が回転してマスク１１７が長穴の幅方向に送られる。これによりマスク１１７の位置が調整され、試料１０１の加工位置調整が可能となる。
【００６４】
また、本実施形態の場合、試料台１０２は上下に平行移動可能なように側壁０１７，０１８に取り付けられており、試料台位置調整ピン１１８を操作することで試料１０１の厚さに応じて試料台１０２の高さを調整することができる構成である。既出の符号を付した部材は先の実施形態の対応の部材と同様であり、赤外線を利用したモーター１３１の制御態様も基本的に同様である。第２及び第３実施形態のように、赤外線センサー１０８に太陽電池１１２を代替又は併用することもできる。
【００６５】
ここで、従来は光学顕微鏡等でマスクの位置合わせを行っていたことから、微小な異物や不良部等の特定領域の位置合わせでは分解能が不足し、加工位置の調整が困難な場合があった。それに対し、本実施形態のマスク位置調整機構を用いた場合、光学顕微鏡より高分解能で焦点深度の深いＳＥＭで観察しながらマスクの位置合わせを行うことが可能となり、例えば図８（ａ）に示したように試料１０１とその上側に配置されたマスク１１７の両方をＳＥＭで観察しながらマスク１１７の位置を調整できるため、微小領域の加工位置調整を容易に行うことができる。
【００６６】
また、ＢＩＢを用いた前処理装置にマスクの位置調整済みの試料台ホルダー００７をそのままセットすることで、図８（ｂ）に示すように試料１０１の特定位置や微小欠陥の断面作製において高精度な加工を実現することができる。
【００６７】
＜第７実施形態＞
図９は本発明の第７実施形態に係るマスク位置調整機構０４１Ａの概略構成図で、図９（ａ）は側面図、図９（ｂ）は図９（ａ）中の矢印IX方向から見た正面図である。
【００６８】
本実施形態は、第６実施形態に試料傾斜機構を加えた構成例であり、赤外線ランプ制御ユニット０１４を用いてマスク位置調整と試料傾斜を選択・制御することが可能である。
【００６９】
本実施形態においては、ベース０１６上に支持部材１４１，１４２が立設されており、支持部材１４１，１４２に水平に通された傾斜軸１１９の両端に側壁０１７，０１８が固定されている。先の各実施形態と異なり、側壁０１７，０１８はベース０１６に固定されておらず、底部がＵ字型（半円形）に形成されており、傾斜軸１１９を中心にして傾動する構成である。また、ベース０１６上には傾斜用モーター１２１が搭載されており、傾斜用モーター１２１の回転軸に取り付けたギヤ１４３が、傾斜軸１１９に取り付けたギヤ１４４に噛合している。したがって、モーター１２１の回転軸の回転がギヤ１４３，１４４を介して傾斜軸１１９に伝達され、図９（ｃ）に示したように側壁０１７，０１８ごと試料台１０２やマスク１１７が傾斜する。
【００７０】
マスク位置調整機構等のその他の構成は第６実施形態と同様である。また、第２及び第３実施形態と同様に、赤外線センサー１０８に太陽電池１１２を代替又は併用することもできる。
【００７１】
本実施形態の場合、第６実施形態で説明したようにマスク位置を調整した後、モーター１２１の動作を第１実施形態等と同じ要領で制御することにより、側壁０１７，０１８を傾斜させ、試料１０１を傾斜させることができる。このとき、側壁０１７，０１８の底部はＵ字型であることから、１８０度の傾動範囲が確保されている。
【００７２】
本実施形態においても、赤外線通信によってマスク位置や試料の姿勢を調整することができるので、先の各実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７３】
ここで、ＢＩＢ法で作製した断面が解析や観察に必要な加工面となっているかどうかの判断は、従来、加工を止めてマスク１１７や試料１０１を取り外し、ＳＥＭや光学顕微鏡で確認することが必要であり、これらの作業が煩雑であった。また、解析や観察に必要な加工面が得られていないと判断されれば追加加工が必要になり、その場合は再度試料１０１を元の荷電粒子線装置に取り付け直し、再びマスク１１７の位置を合わせなければならず、光学顕微鏡での位置合わせも含めて作業が煩雑であり、試料の汚染や損傷の要因にもなっていた。
【００７４】
それに対し、本実施形態では、マスク１１７や試料１０１を取り外さなくてもマスク位置調整機構０４１Ａごと移載することで加工面の確認や追加加工を容易化することができる。
【００７５】
＜第８実施形態＞
図１０は本発明の第８実施形態に係る試料移動装置０４０Ｅの概略構成図で、図１０（ａ）は側面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）中の矢印Ｘ方向から見た正面図である。
【００７６】
本実施形態は、試料台１２７の高さ調整機能を有する試料移動装置０４０Ｅの構成例である。本実施形態では、試料台ホルダー００７の側壁０１７，０１８に上下に延びる長穴内を上下に摺動するピン１２８に試料台１２７が固定されている。この試料台１２７の下面は側面視でピン１２８の延在方向にピン１２８に対して一定の角度で直線的に傾斜している。この傾斜面には傾斜方向に延びる一定深さの溝が設けられており、この溝の底面（この場合、上面）をローラー１２４に載せることで試料台１２７が支持されている。
【００７７】
ローラー１２４は、ボールシャフト受け１２６でボールシャフト１２５に螺合したアーム１２３に回転自在に支持されている。ボールシャフト１２５は側壁０１７，０１８に軸受を介して回転自在に支持されており、片側の側壁０１７の近傍にギヤ１４６を有している。ギヤ１４６は、ベース０１６上に搭載したモーター１４７の回転軸１４８に取り付けたギヤ１４５に噛合しており、赤外線信号に基づくバッテリー１０９からの指令によりモーター１４７が駆動すると、その回転動力がギヤ１４５，１４６を介してボールシャフト１４５に伝達され、ボールシャフト１４５の回転運動がアーム１２３の直線運動（図１０（ａ）中の横向き矢印参照）に変換される。そして、アーム１２３が直線移動するとローラー１２４が試料台１２７の傾斜面の溝内を転動し、試料台１２７が上下方向に平行移動し（図１０（ａ）中の縦向き矢印参照）、試料１０１の高さを調整することができる。試料１０１の高さ調整の分解能は、試料台１２７の底部の傾斜面の傾斜角度で調整することができる。
【００７８】
本実施形態においても、第２及び第３実施形態のように、赤外線センサー１０８に太陽電池１１２を代替又は併用することができる。また、他の実施形態と組み合わせて構成することもできる。
【００７９】
ここで、例えばＦＩＢやＢＩＢによる試料断面や試料上面の傾斜をＳＥＭで観察する場合、従来は試料台に試料を取り付ける際の試料の高さ調整は目視で行っていた。そのため、ＳＥＭのステージの傾斜軸中心に試料上面の高さを一致させることは非常に難しく、試料観察面がユーセントリック位置にないため試料を傾斜させると観察位置がずれてしまうという問題があった。これに対しては、事前に試料上面の高さを数点計測し補正する手法もあるものの、図１１（ａ）に例示した試料１０１（ａ）のように試料上面が平坦で一様に傾斜している場合は補正可能であるが、図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）に例示した試料１０１（ｂ），１０１（ｃ）のように傾斜面が一様でない場合や凹凸が大きい場合は計測点から得られたデータと実際の試料面との形状の誤差が大きく補正も難しかった。
【００８０】
それに対し、本実施形態では、試料１０１（ｂ），１０１（ｃ）のような試料でも例えばＳＥＭ像で観察しながら試料台１２７の高さを調整することができるので、試料上面の高さを試料ステージ００８の傾斜軸中心に一致させてユーセントリック位置にすることが可能となり、試料傾斜時の観察位置のずれを回避することができる。
【００８１】
以上、第１−第８実施形態によれば、荷電粒子線装置に備え付けの試料ステージに依存せず試料の傾斜角度や高さを変更することができ、第１−第８実施形態の試料移動装置又はマスク位置調整機構を単独、或いは荷電粒子線装置の試料ステージと併用することで、試料の加工・観察・分析において試料の位置や姿勢をそれぞれ最適化することができる。試料移動装置又はマスク位置調整機構ごと荷電粒子線装置間で設置し直すことができるので、試料自体を試料台から取り外す必要がなく、試料の取り外し及び取り付けの作業の手間が大きく軽減されることに加え、試料の汚染や破損を抑制することができ、多様な試料を多様な手法で加工・観察・分析する上で非常に有用である。
【００８２】
なお、以上の各実施形態においては、試料台１０２を傾斜又は上下方向へ平行移動させる試料移動装置を例示したが、試料台１０２を水平方向に平行移動させる機構、水平面内で回転させる機構、或いは各可動機構を組み合わせた機構を有する試料移動装置にも本発明は適用可能である。また、マスク１１７を水平方向へ平行移動させるマスク位置調整機構を例示したが、必要であれば、マスク１１７を上下方向へ平行移動させる機構、水平面内で回転させる機構、傾斜させる機構、或いは各可動機構を組み合わせた機構を有するマスク位置調整機構にも本発明は適用可能である。
【符号の説明】
【００８３】
００１ 電子ビーム（荷電粒子線）
００７ 試料台ホルダー
００８ 試料ステージ
０１０ 赤外線ランプ（赤外線照射手段）
０１１ 試料室
０１４ 赤外線ランプ制御ユニット（出力指示手段）
０１５ ＳＥＭ制御ユニット（制御装置）
０３０ 荷電粒子照射系
０４０，０４０Ａ−Ｅ 試料移動装置
１０１ 試料
１０２ 試料台
１０８ 赤外線センサー（赤外線受光手段）
１０９ バッテリー
１１０ モーター（駆動装置）
１１２ 太陽電池（赤外線受光手段）
１１５ 試料
１１７ マスク
１２１ モーター（駆動装置）
１２７ 試料台
１３１ モーター（駆動装置）
１４１，１４１Ａ マスク位置調整機構
１４７ モーター（駆動装置）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料室と、
この試料室内に設けた試料ステージと、
この試料ステージに向けて荷電粒子線を照射する荷電粒子照射系と、
前記試料ステージに対する試料の位置を調整する試料移動装置とを備え、
前記試料移動装置は、
接続される制御装置からの指令に応じて出力指示信号を生成する出力指示手段と、
前記出力指示手段からの出力指示信号に応じて赤外線信号を照射する赤外線照射手段と、
前記試料ステージ上に固定された試料台ホルダーと、
この試料台ホルダーに対し変位可能に取り付けた試料台と、
前記試料台ホルダーに取り付けられ、前記赤外線照射手段からの赤外線信号を受光する赤外線受光手段と、
この赤外線受光手段で受光した赤外線信号に応じて前記試料台を駆動する駆動装置と
を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
試料室と、
この試料室内に設けた試料ステージと、
この試料ステージに向けて荷電粒子線を照射する荷電粒子照射系と、
前記試料ステージに搭載された試料に対するマスクの位置を調整するマスク位置調整機構とを備え、
前記マスク位置調整機構は、
接続される制御装置からの指令に応じて出力指示信号を生成する出力指示手段と、
前記出力指示手段からの出力指示信号に応じて赤外線信号を照射する赤外線照射手段と、
前記試料ステージ上に固定された試料台ホルダーと、
この試料台ホルダーに取り付けた試料台と、
前記試料台ホルダーに対し変位可能に取り付けたマスクと、
前記試料台ホルダーに取り付けられ、前記赤外線照射手段からの赤外線信号を受光する赤外線受光手段と、
この赤外線受光手段で受光した赤外線信号に応じて前記マスクを駆動する駆動装置と
を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項１又は２の荷電粒子線装置において、前記赤外線受光手段からの赤外線信号に応じて前記駆動装置を制御するバッテリーを有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項３の荷電粒子線装置において、前記赤外線受光手段が赤外線センサーであることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項３の荷電粒子線装置において、前記赤外線受光手段は太陽電池であり、当該太陽電池で赤外線から得られた電気エネルギーが前記バッテリーに蓄電されることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項１の荷電粒子線装置において、前記試料台が前記試料台ホルダーに対して傾動可能に設けられていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項１の荷電粒子線装置において、前記試料台が前記試料台ホルダーに対して上下に移動可能に設けられていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
請求項２の荷電粒子線装置において、前記マスクが前記試料台ホルダーに対して水平方向に移動可能に設けられていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項９】
荷電粒子線装置の試料ステージに対する試料の位置及び姿勢の少なくとも一方を調整する試料移動装置において、
接続される制御装置からの指令に応じて出力指示信号を生成する出力指示手段と、
前記出力指示手段からの出力指示信号に応じて赤外線信号を照射する赤外線照射手段と、
前記試料ステージ上に固定された試料台ホルダーと、
この試料台ホルダーに対し変位可能に取り付けた試料台と、
前記試料台ホルダーに取り付けられ、前記赤外線照射手段からの赤外線信号を受光する赤外線受光手段と、
この赤外線受光手段で受光した赤外線信号に応じて前記試料台を駆動する駆動装置と
を備えたことを特徴とする試料移動装置。
【請求項１０】
荷電粒子線の試料ステージに搭載された試料に対するマスクの位置を調整するマスク位置調整機構において、
接続される制御装置からの指令に応じて出力指示信号を生成する出力指示手段と、
前記出力指示手段からの出力指示信号に応じて赤外線信号を照射する赤外線照射手段と、
前記試料ステージ上に固定された試料台ホルダーと、
この試料台ホルダーに取り付けた試料台と、
前記試料台ホルダーに対し変位可能に取り付けたマスクと、
前記試料台ホルダーに取り付けられ、前記赤外線照射手段からの赤外線信号を受光する赤外線受光手段と、
この赤外線受光手段で受光した赤外線信号に応じて前記マスクを駆動する駆動装置と
を備えたことを特徴とするマスク位置調整機構。
【請求項１１】
接続される制御装置からの指令に応じて出力指示信号を生成する出力指示手段と、前記出力指示手段からの出力指示信号に応じて赤外線信号を照射する赤外線照射手段と、荷電粒子線装置の試料ステージ上に固定される試料台ホルダーと、この試料台ホルダーに対し変位可能に取り付けた試料台と、前記試料台ホルダーに取り付けられ、前記赤外線照射手段からの赤外線信号を受光する赤外線受光手段と、この赤外線受光手段で受光した赤外線信号に応じて前記試料台を駆動する駆動装置とを備えた試料移動装置を、前記荷電粒子線装置の試料ステージ上に取り付け、
前記制御装置を操作して前記赤外線照射手段を制御し、赤外線信号を利用して前記試料移動装置を無線操作して前記試料ステージに対する試料の位置を調整する試料位置調整方法。
【請求項１２】
接続される制御装置からの指令に応じて出力指示信号を生成する出力指示手段と、前記出力指示手段からの出力指示信号に応じて赤外線信号を照射する赤外線照射手段と、荷電粒子線装置の試料ステージ上に固定される試料台ホルダーと、この試料台ホルダーに取り付けた試料台と、前記試料台ホルダーに対し変位可能に取り付けたマスクと、前記試料台ホルダーに取り付けられ、前記赤外線照射手段からの赤外線信号を受光する赤外線受光手段と、この赤外線受光手段で受光した赤外線信号に応じて前記マスクを駆動する駆動装置とを備えたマスク位置調整機構を、前記荷電粒子線装置の試料ステージ上に取り付け、
前記制御装置を操作して前記赤外線照射手段を制御し、赤外線信号を利用して前記マスク位置調整機構を無線操作して前記試料ステージに搭載された試料に対するマスクの位置を調整するマスク位置調整方法。
【請求項１】
試料室と、
この試料室内に設けた試料ステージと、
この試料ステージに向けて荷電粒子線を照射する荷電粒子照射系と、
前記試料ステージに対する試料の位置を調整する試料移動装置とを備え、
前記試料移動装置は、
接続される制御装置からの指令に応じて出力指示信号を生成する出力指示手段と、
前記出力指示手段からの出力指示信号に応じて赤外線信号を照射する赤外線照射手段と、
前記試料ステージ上に固定された試料台ホルダーと、
この試料台ホルダーに対し変位可能に取り付けた試料台と、
前記試料台ホルダーに取り付けられ、前記赤外線照射手段からの赤外線信号を受光する赤外線受光手段と、
この赤外線受光手段で受光した赤外線信号に応じて前記試料台を駆動する駆動装置と
を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
試料室と、
この試料室内に設けた試料ステージと、
この試料ステージに向けて荷電粒子線を照射する荷電粒子照射系と、
前記試料ステージに搭載された試料に対するマスクの位置を調整するマスク位置調整機構とを備え、
前記マスク位置調整機構は、
接続される制御装置からの指令に応じて出力指示信号を生成する出力指示手段と、
前記出力指示手段からの出力指示信号に応じて赤外線信号を照射する赤外線照射手段と、
前記試料ステージ上に固定された試料台ホルダーと、
この試料台ホルダーに取り付けた試料台と、
前記試料台ホルダーに対し変位可能に取り付けたマスクと、
前記試料台ホルダーに取り付けられ、前記赤外線照射手段からの赤外線信号を受光する赤外線受光手段と、
この赤外線受光手段で受光した赤外線信号に応じて前記マスクを駆動する駆動装置と
を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項１又は２の荷電粒子線装置において、前記赤外線受光手段からの赤外線信号に応じて前記駆動装置を制御するバッテリーを有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項３の荷電粒子線装置において、前記赤外線受光手段が赤外線センサーであることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項３の荷電粒子線装置において、前記赤外線受光手段は太陽電池であり、当該太陽電池で赤外線から得られた電気エネルギーが前記バッテリーに蓄電されることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項１の荷電粒子線装置において、前記試料台が前記試料台ホルダーに対して傾動可能に設けられていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項１の荷電粒子線装置において、前記試料台が前記試料台ホルダーに対して上下に移動可能に設けられていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
請求項２の荷電粒子線装置において、前記マスクが前記試料台ホルダーに対して水平方向に移動可能に設けられていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項９】
荷電粒子線装置の試料ステージに対する試料の位置及び姿勢の少なくとも一方を調整する試料移動装置において、
接続される制御装置からの指令に応じて出力指示信号を生成する出力指示手段と、
前記出力指示手段からの出力指示信号に応じて赤外線信号を照射する赤外線照射手段と、
前記試料ステージ上に固定された試料台ホルダーと、
この試料台ホルダーに対し変位可能に取り付けた試料台と、
前記試料台ホルダーに取り付けられ、前記赤外線照射手段からの赤外線信号を受光する赤外線受光手段と、
この赤外線受光手段で受光した赤外線信号に応じて前記試料台を駆動する駆動装置と
を備えたことを特徴とする試料移動装置。
【請求項１０】
荷電粒子線の試料ステージに搭載された試料に対するマスクの位置を調整するマスク位置調整機構において、
接続される制御装置からの指令に応じて出力指示信号を生成する出力指示手段と、
前記出力指示手段からの出力指示信号に応じて赤外線信号を照射する赤外線照射手段と、
前記試料ステージ上に固定された試料台ホルダーと、
この試料台ホルダーに取り付けた試料台と、
前記試料台ホルダーに対し変位可能に取り付けたマスクと、
前記試料台ホルダーに取り付けられ、前記赤外線照射手段からの赤外線信号を受光する赤外線受光手段と、
この赤外線受光手段で受光した赤外線信号に応じて前記マスクを駆動する駆動装置と
を備えたことを特徴とするマスク位置調整機構。
【請求項１１】
接続される制御装置からの指令に応じて出力指示信号を生成する出力指示手段と、前記出力指示手段からの出力指示信号に応じて赤外線信号を照射する赤外線照射手段と、荷電粒子線装置の試料ステージ上に固定される試料台ホルダーと、この試料台ホルダーに対し変位可能に取り付けた試料台と、前記試料台ホルダーに取り付けられ、前記赤外線照射手段からの赤外線信号を受光する赤外線受光手段と、この赤外線受光手段で受光した赤外線信号に応じて前記試料台を駆動する駆動装置とを備えた試料移動装置を、前記荷電粒子線装置の試料ステージ上に取り付け、
前記制御装置を操作して前記赤外線照射手段を制御し、赤外線信号を利用して前記試料移動装置を無線操作して前記試料ステージに対する試料の位置を調整する試料位置調整方法。
【請求項１２】
接続される制御装置からの指令に応じて出力指示信号を生成する出力指示手段と、前記出力指示手段からの出力指示信号に応じて赤外線信号を照射する赤外線照射手段と、荷電粒子線装置の試料ステージ上に固定される試料台ホルダーと、この試料台ホルダーに取り付けた試料台と、前記試料台ホルダーに対し変位可能に取り付けたマスクと、前記試料台ホルダーに取り付けられ、前記赤外線照射手段からの赤外線信号を受光する赤外線受光手段と、この赤外線受光手段で受光した赤外線信号に応じて前記マスクを駆動する駆動装置とを備えたマスク位置調整機構を、前記荷電粒子線装置の試料ステージ上に取り付け、
前記制御装置を操作して前記赤外線照射手段を制御し、赤外線信号を利用して前記マスク位置調整機構を無線操作して前記試料ステージに搭載された試料に対するマスクの位置を調整するマスク位置調整方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−２４９２４６（Ｐ２０１１−２４９２４６Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２３４６９（Ｐ２０１０−１２３４６９）
【出願日】平成２２年５月２８日（２０１０．５．２８）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２８日（２０１０．５．２８）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
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