(57)【要約】【課題】試料分析装置において、観察しようとする試料に形成されたデバイスに含まれるプラグや配線構造をはじめとする試料特定箇所に、単一または多数系統の外部電圧を印加し、デバイスをオン・オフさせたときの構造、組成、電子状態の変化を分析できるものにおいて、試料を自由に回転・傾斜させることを可能にする。【解決手段】試料傾斜機構を備えた試料ホルダ本体を有する試料分析装置において、サンプルキャリアは、第一の固定部材と、第二の固定部材と、前記第一の固定部材と前記第二の固定部材とを接続する変型可能な接続部と、当該接続部上に形成され前記第一の固定部材と第二の固定部材とを導通させる単一または多数の配線構造と、を備える。前記試料傾斜機構を操作して傾斜角を調整し、試料ホルダ本体先端に設けた回転ピボットを中心に試料ホルダ本体を回して回転角を調整する。【選択図】図１Ａ
2010044999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料分析装置用の試料ホルダであって、
試料ホルダ本体と、
開口部を有し、該試料ホルダ本体に回転可能に保持された傾斜台と、
前記傾斜台を傾斜させる試料傾斜機構と、
前記傾斜台とは離間して前記試料ホルダ本体に設けられた給電端子と、
試料の固定部を有し、該固定部に固定された前記試料が前記開口部内に面するようにして前記試料ホルダ本体に保持されるサンプルキャリアとを備え、
前記サンプルキャリアは、
単一または複数の配線構造が該配線構造を覆う絶縁材料と一体形成され、前記給電端子に接続される第一の固定部材と、
前記配線構造と前記絶縁材料が一体形成され、前記試料の固着部に接続される第二の固定部材と、
前記配線構造と前記絶縁材料が一体形成され、前記第一の固定部材及び前記第二の固定部材に対して柔構造に形成された接続部とを備えており、
前記第一の固定部材、前記第二の固定部材及び前記柔構造の接続部の前記配線構造を介して、前記給電端子と前記試料の固着部とを電気的に接続する
ことを特徴とする試料分析装置用の試料ホルダ。
【請求項２】
請求項１において、
前記傾斜台とは離間して前記試料ホルダ本体に設けられ、前記給電端子に接続された第一の配線構造を備えた案内部と、
試料の固定部を有し、前記試料ホルダ本体及び前記傾斜台に保持されるサンプルキャリアとを備え、
前記サンプルキャリアは、
前記案内部に接続可能な前記第一の固定部材と、
前記傾斜台に固定される前記第二の固定部材と、
前記第一の固定部材と前記第二の固定部材とを接続する前記柔構造の接続部と、
前記第一の固定部材、前記接続部、及び前記第二の固定部材と一体的に形成され、前記第一の配線構造と前記試料の固着部とを電気的に接続する第二の配線構造とを備える
ことを特徴とする試料分析装置用の試料ホルダ。
【請求項３】
請求項１において、
前記サンプルキャリアは、
前記第一の固定部材、前記接続部、前記第二の固定部材及び前記第二の配線構造が単一の部材として一体的に形成されている
ことを特徴とする試料分析装置用の試料ホルダ。
【請求項４】
請求項１において、
前記サンプルキャリアは、
前記第一の配線構造の一部を構成する部材として、前記試料ホルダ本体に保持される熊手型の接触端子を有し、該接触端子を介して前記第二の配線構造と電気的に接続するように構成されている
ことを特徴とする試料分析装置用の試料ホルダ。
【請求項５】
請求項１において、
前記サンプルキャリアは、
前記第一の固定部材と、前記第二の固定部材と、前記接続部と、前記第二の配線構造が単一の部材として一体的に形成された第一のサンプルキャリアと、
前記試料の固定部と、該試料の固着部と電気的に接続された第三の配線構造とが単一の部材として一体的に形成された第二のサンプルキャリアとを備え、
前記試料ホルダ本体は、前記第二の配線構造と第三の配線構造とを電気的に接続する第四の配線構造を備えている
ことを特徴とする試料分析装置用の試料ホルダ。
【請求項６】
請求項１において、
前記第二の配線構造は、絶縁材料層の表面に形成された導電膜で構成されている
ことを特徴とする試料分析装置用の試料ホルダ。
【請求項７】
請求項１において、
前記第二の配線構造は、絶縁材料層内部に形成された導電膜で構成されている
ことを特徴とする試料分析装置用の試料ホルダ。
【請求項８】
請求項１において、
前記配線構造は、導電性を有する母材の表面の一部または全部を絶縁膜で覆い、該絶縁膜の一部または全部の上に形成された導電膜で構成されている
ことを特徴とする試料分析装置用の試料ホルダ。
【請求項９】
請求項８において、
前記導電膜は、絶縁膜で全部が包み込まれている
ことを特徴とする試料分析装置用の試料ホルダ。
【請求項１０】
請求項１において、
前記第一の配線構造、および前記第二の配線構造を介して、前記給電端子から前記試料に電圧を印加する手段を備える
ことを特徴とする試料分析装置用の試料ホルダ。
【請求項１１】
試料分析装置用の試料ホルダであって、
試料ホルダ本体と、
開口部を有し、該試料ホルダ本体に回転可能に保持された傾斜台と、
前記傾斜台を傾斜させる試料傾斜機構と、
前記傾斜台とは離間して前記試料ホルダ本体に設けられた給電端子と、
観察用試料の固定部を有し、該固定部に固定された前記試料が前記開口部内に面するようにして前記試料ホルダ本体に保持されるサンプルキャリアと、
前記傾斜台に設けられた第四の配線構造とを備え、
前記サンプルキャリアは、第一のサンプルキャリアと第二のサンプルキャリアの２部材で構成されており、
前記第一のサンプルキャリアと前記試料ホルダ本体に設けた配線ケーブルとを一体化した第一のサンプルキャリア兼配線ケーブルの構造体が前記試料ホルダ本体に設けられ、
前記第二のサンプルキャリアは、前記試料の固定部と、該試料の固着部と電気的に接続された第三の配線構造とが単一の部材として一体的に形成され、
前記第一のサンプルキャリア兼配線ケーブルの構造体と、前記傾斜台に設けられた第四の配線構造と、前記第二のサンプルキャリアに設けられた前記第三の配線構造を介して、前記給電端子から前記観察試料に外部電圧を印加するように構成され、
前記第一のサンプルキャリア兼配線ケーブルの構造体は、前記第三の配線構造及び前記第四の配線構造に対して柔構造に形成されている
ことを特徴とする試料分析装置用の試料ホルダ。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記第一のサンプルキャリア兼配線ケーブルの構造体は、絶縁材料層の表面もしくは内部に形成された導電膜で構成されている
ことを特徴とする試料分析装置用の試料ホルダ。
【請求項１３】
試料傾斜機構を備えた試料ホルダを有する試料分析装置であって、
試料を保持するサンプルキャリアと、
前記試料に荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射光学系と、
前記荷電粒子線の照射により生じる二次的な荷電粒子線を検出する検出器を少なくとも備え、
前記試料ホルダは、
試料ホルダ本体と、
開口部を有し、該試料ホルダ本体に回転可能に保持された傾斜台と、
前記傾斜台を傾斜させる試料傾斜機構と、
前記傾斜台とは離間して前記試料ホルダ本体に設けられた給電端子と、
試料の固定部を有し、該固定部に固定された前記試料が前記開口部内に面するようにして前記試料ホルダ本体に保持されるサンプルキャリアとを備え、
前記サンプルキャリアは、
単一または複数の配線構造が該配線構造を覆う絶縁材料と一体形成され、前記給電端子に接続される第一の固定部材と、
前記配線構造と前記絶縁材料が一体形成され、前記試料の固着部に接続される第二の固定部材と、
前記配線構造と前記絶縁材料が一体形成され、前記第一の固定部材及び前記第二の固定部材に対して柔構造に形成された接続部とを備えており、
前記第一の固定部材、前記第二の固定部材及び前記柔構造の接続部の前記配線構造を介して、前記給電端子と前記試料の固着部とを電気的に接続する
ことを特徴とする試料分析装置。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記傾斜台とは離間して前記試料ホルダ本体に設けられ、前記給電端子に接続された第一の配線構造を備えた案内部と、
試料の固定部を有し、前記試料ホルダ本体及び前記傾斜台に保持されるサンプルキャリアとを備え、
前記サンプルキャリアは、
前記案内部に接続可能な前記第一の固定部材と、
前記傾斜台に固定される前記第二の固定部材と、
前記第一の固定部材と前記第二の固定部材とを接続する前記柔構造の接続部と、
前記第一の固定部材、前記接続部、及び前記第二の固定部材と一体的に形成され、前記第一の配線構造と前記試料の固着部とを電気的に接続する第二の配線構造とを備える
ことを特徴とする試料分析装置用の試料ホルダ。
【請求項１５】
請求項１３において、
前記サンプルキャリアは、
前記第一の固定部材、前記接続部、前記第二の固定部材及び前記第二の配線構造が単一の部材として一体的に形成されている
ことを特徴とする試料分析装置用の試料ホルダ。
【請求項１６】
請求項１３において、
前記第二の配線構造は、絶縁材料層の表面に形成された導電膜で構成されている
ことを特徴とする試料分析装置。
【請求項１７】
請求項１３において、
前記検出器で検出した信号を画像化する手段を備え、
当該画像を表示する表示手段を備えることを特徴とする試料分析装置。
【請求項１８】
請求項１３において、
前記試料ホルダがサイドエントリ式の試料ホルダを含むことを特徴とする試料分析装置。
【請求項１９】
請求項１８において、
前記サイドエントリ式の試料ホルダは、
前記試料を作製するための試料作製装置と共通使用可能であることを特徴とする試料分析装置。
【請求項２０】
請求項１３において、
前記試料ホルダは、前記試料を作製するための試料作製装置と共通使用可能であることを特徴とする試料分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透過電子顕微鏡をはじめとする試料分析装置において、観察しようとする試料に形成されたデバイスに含まれるプラグや配線構造をはじめとする試料特定箇所に、単一または多数系統の外部電圧を印加可能な試料分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、それに付随する様々な分析機能も開発されてきており、半導体デバイスなど各種電子デバイスの故障解析や特性評価のためのツールとして非常に有効である。透過電子顕微鏡をはじめとする荷電粒子線装置を用いて試料を観察したり分析したりするにあたっては、例えば特許文献１のような集束イオンビーム装置等の試料作製装置を用いた、いわゆるマイクロサンプリング法により粒子線が透過できる程度の厚さに薄膜化した試料を用いることが多い。しかし、このようにして作製した試料は外部と電気的に切り離されており、デバイスは停止した状態である。一方、半導体デバイスは電圧を印加して動作させるため、半導体デバイスの特性評価は動作状態で行うことが望ましい。
【０００３】
観察しようとする試料に形成されたデバイスに含まれるプラグや配線構造をはじめとする試料特定箇所に、単一または多数系統の外部電圧を印加し、デバイスをオン・オフさせたときの構造、組成、電子状態の変化を分析する方法として、特許文献２には、試料ホルダの一部である試料台に導電パターンをあらかじめ設けておき、電圧端子を有する半導体試料を、試料台上の導電パターンに合わせて設置する方法に関して記載されている。
【０００４】
また、特許文献３には、試料そのものに電極を設け、それに対応した通電用端子を試料ホルダに設けておき、試料押さえを用いて試料を試料ホルダに押し付けて固定する方法に関して記載されている。また、特許文献４には、薄膜化した試料に対して、チップまたは微細導線を直接取り付ける方法に関して記載されている。また、特許文献５には、多数の探針を試料に接触させ、探針を介して試料に外部電圧を印加する方法に関して記載されている。また、特許文献６には、あらかじめ集束イオンビーム装置内に複数のプローブを設けておき、前記プローブを半導体デバイスのコンタクトプラグに接着して電流導入端子とする方法に関して記載されている。
【０００５】
また、特許文献７には、サンプルキャリアに配線構造を直接設けることにより、薄膜化した観察試料に外部電圧を印加する装置構成及び試料評価方式に関して記載されている。特許文献７の図１１には、配線構造を有し試料を取り付けるメッシュとして、ソケットへの脱着が容易なカートリッジ１１０１を採用したものが開示されている。試料交換を行う際は、このカートリッジを交換する。さらに、カートリッジは２つのピボットを回転中心として２軸に回転・傾斜されるように構成されている。
【０００６】
さらに、特許文献８には、試料交換の際に良好な電気的接続を得て、交換作業が容易に行え、かつ、試料ホルダの厚みを薄くすることが出来る試料ホルダを実現するために、試料を試料台に押止する押止部材と電圧印加するための端子を共用する一対の板バネを備えた電子顕微鏡用試料ホルダが開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１０８８１０号公報
【特許文献２】特開平０６−３１００６９号公報
【特許文献３】特開平１０−１８５７８１号公報
【特許文献４】特開２００３−３５６８２号公報
【特許文献５】特開２００５−９１１９９号公報
【特許文献６】特開２００７−２１２２０２号公報
【特許文献７】特開２００７−３０３９４６号公報
【特許文献８】特開２００３−２６３９６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の通り、透過電子顕微鏡をはじめとする試料分析装置において、観察しようとする試料に形成されたデバイスに含まれるプラグや配線構造をはじめとする試料特定箇所に、単一または多数系統の外部電圧を印加し、前記デバイスの構造、組成、電子状態の変化を分析する方法について、種々の検討がなされてきている。例えば、透過電子顕微鏡で上記の分析を行うために、微細導線やチップなどからなる電流導入端子を薄膜化した観察試料に設け、前記電流導入端子を介して観察試料に電圧を印加する方法に関して、特許文献４から６に記載されている。しかし、この手法で観察試料を回転・傾斜させると、前記電流導入端子を介して観察試料に力が加わり、最悪の場合薄膜化した観察試料を破損する可能性がある。
【０００９】
すなわち、外部電圧を印加してデバイス動作状態のまま観察可能な試料に対して、外部から当該試料に直接力を加えることなく、電子顕微鏡内で観察試料を回転・傾斜させることのできる試料分析装置が求められている。
【００１０】
一方、特許文献７及び特許文献８には、電子顕微鏡内で観察試料を回転・傾斜させることのできる装置が開示されている。すなわち、配線構造を有し試料を取り付けるメッシュとして、ソケットへの脱着が容易なカートリッジ１１０１を採用したものが開示されている。カートリッジは２つのピボットを回転中心として２軸に回転・傾斜されるように構成されており、観察しようとする試料を回転・傾斜させることにより、電子線をはじめとする荷電粒子線を所望の入射角度で試料に当てることができる。特許文献７では、デバイス構造が形成された配線構造として複数の空中配線を含んでおり、これらの空中配線を２軸に回転・傾斜されるカートリッジ上の各独立配線に接続する構成となっている。
【００１１】
しかし、近年、観察対象となる試料のデバイス構造は、ナノメートルオーダーまたはマイクロメートルオーダーの大きさをもつ微細な配線構造を有するものが多く、このようなデバイス構造に接続される試料ホルダの配線構造も、マイクロメートルオーダーあるいはそれ以下の微細なものとなっている。上記のような微細なデバイス構造を観察対象とする用途を前提に考えた場合、特許文献７の構造を採用して配線構造の接続作業を確実に行うことは困難である。また、回転・傾斜機構の一部を兼ねる空中配線を微細な配線構造とした場合、外力による破損や変形・短絡などの不具合も予想される。
【００１２】
また、特許文献８に開示されたものは、一対の板バネを介して試料に給電するものであり、少なくとも数百マイクロメートルオーダーあるいは数ミリメートルオーダーの配線構造を前提としており、試料のデバイス構造が微細化された用途には適さない。
【００１３】
本発明の目的は、観察対象の試料が微細なデバイス構造を有し、外部電圧を印加してデバイス動作状態のまま観察可能な試料に対して、外部から当該試料に直接力を加えることなく、電子顕微鏡内で観察試料を回転・傾斜させることのできる試料ホルダ及びそれを用いた試料分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の代表的なものを示せば、次の通りである。すなわち、本発明は、試料分析装置用の試料ホルダであって、試料ホルダ本体と、開口部を有し、該試料ホルダ本体に回転可能に保持された傾斜台と、前記傾斜台を傾斜させる試料傾斜機構と、前記傾斜台とは離間して前記試料ホルダ本体に設けられた給電端子と、試料の固定部を有し、該固定部に固定された前記試料が前記開口部内に面するようにして前記試料ホルダ本体に保持されるサンプルキャリアとを備え、前記サンプルキャリアは、単一または複数の配線構造が該配線構造を覆う絶縁材料と一体形成され、前記給電端子に接続される第一の固定部材と、前記配線構造と前記絶縁材料が一体形成され、前記試料の固着部に接続される第二の固定部材と、前記配線構造と前記絶縁材料が一体形成され、前記第一の固定部材及び前記第二の固定部材に対して柔構造に形成された接続部とを備えており、前記第一の固定部材、前記第二の固定部材及び前記柔構造の接続部の前記配線構造を介して、前記給電端子と前記試料の固着部とを電気的に接続することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、試料分析装置において、微細なデバイス構造を有する観察対象の試料に対して、単一または多数系統の外部電圧を印加し、デバイスをオン・オフさせたときの構造、組成、電子状態の変化を分析する場合に、外部から当該試料に直接力を加えることなく、試料を自由に回転・傾斜できる試料ホルダ及びそれを用いた試料分析装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の代表的な実施例によれば、試料傾斜機構を備えた試料ホルダを有する試料分析装置において、サンプルキャリアは、第一の固定部材と、第二の固定部材と、前記第一の固定部材と前記第二の固定部材とを接続する変型可能な接続部と、単一または多数の配線構造と、を備える。そして、観察試料の外部電圧印加箇所に、前記配線構造を介して、試料分析装置の外部から電圧を印加したり電流を流したりする。このとき、前記試料傾斜機構を操作して傾斜角を調整し、試料ホルダ先端に設けた回転ピボットを中心に試料ホルダを回して回転角を調整することにより、観察試料を自由に回転・傾斜させる。
【００１７】
本発明の代表的な実施例によれば、透過電子顕微鏡をはじめとする試料分析装置において、観察しようとする試料に形成されたデバイスに含まれるプラグや配線構造をはじめとする試料特定箇所に、単一または多数系統の外部電圧を印加し、デバイスをオン・オフさせたときの構造、組成、電子状態の変化を分析できる試料分析装置であって、前記試料を自由に回転・傾斜させることが可能な試料分析装置を提供することができる。
【００１８】
本発明は、半導体デバイスの分析などの半導体産業、電子顕微鏡・イオンビーム装置をはじめとする試料分析装置などの計測装置産業に利用可能である。  
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【実施例１】
【００１９】
本発明の第１の実施例になる試料分析装置用の試料ホルダを、図１〜図４で説明する。
【００２０】
図１（図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ）に、傾斜機構を備え、試料分析装置等に用いる試料ホルダの第１の実施例を示す。図１Ａは、電子線の照射方向の逆側から見る方向（透過電子顕微鏡においては、観察室から電子銃を見る方向）から試料ホルダ１００の主要部を見た図である。図１Ｂは、図１ＡのＡ−Ａ´断面図、図１Ｃは図１Ａのサンプルキャリアのみを取り出して示した平面図である。また、図２に、本実施例の試料ホルダ１００の全体的な構成の縦断面を示す。
【００２１】
１０１は試料、１０２は試料１０１を保持するサンプルキャリア、１０６はサンプルキャリア１０２を保持する試料ホルダ本体、１０７は試料ホルダ本体１０６に回転自在に取り付けられ右端部が傾斜面となっている傾斜台、１０８は試料ホルダ本体１０６の先端部に設けられた回転ピポット、１０９は傾斜台１０７の両側面に設けられ試料ホルダ本体の外枠に設けられた穴で傾斜台１０７を回転自在に支持する傾斜ピボット、１１０は傾斜台１０７の右端部の傾斜面に接する位置を変えることでこの傾斜台の傾斜を調整するロッド、１１１は傾斜台１０７の左端に接しこの傾斜台が回転ピボット１０９を中心にして上下変動するのを抑制するための押さえバネである。試料ホルダ本体１０６には、サンプルキャリア１０２をはさみこみ固定する機能（このような機能を有する試料ホルダ本体の一部分を、特に、ソケット１０４と呼ぶ。）が予め設けられている。また、傾斜台１０７には、電子線１１２を試料１０１に向けて通過させるための開口部１３０が設けられている。
【００２２】
図２に示すように、本実施例の試料ホルダ１００は、試料ホルダ本体１０６と、この試料ホルダ本体を駆動する電流導入端子１１５付きの試料ホルダ駆動機構６１７、及びこの試料ホルダ駆動機構を制御する電流導入端子付き試料ホルダ駆動機構制御回路６１８を備えている。
【００２３】
上記の構成において、ロッド１１０が試料ホルダ駆動機構６１７により駆動され、長軸（Ａ−Ａ´）方向に移動すると、ロッド１１０の先端が傾斜面に接する位置が変わることにより傾斜台１０７は傾斜ピボット１０９（短軸）を中心にして時計方向あるいは反時計方向に回転する。また、試料ホルダ本体１０６の先端には回転ピボット１０８を設置しているので、ロッド１１０が回転すると、試料ホルダ本体１０６が長軸（Ａ−Ａ´）を中心にして時計方向あるいは反時計方向に回転、傾斜可能である。すなわち、試料ホルダ本体１０６上の試料１０１は２つのピボット１０８、１０９を回転中心として長軸、短軸の２軸に回転・傾斜される。これにより、図１Ｂに破線で示した電子線１１２をはじめとする荷電粒子線を、所望の入射角度で試料１０１に当てることができるようになる。この試料分析装置により、観察しようとする試料に含まれるプラグや配線構造をはじめとする試料の特定箇所に、単一または多数系統の外部電圧を印加し、試料に形成されたデバイスをオン・オフさせたときの構造、組成、電子状態の変化を分析することができる。
【００２４】
試料ホルダ本体１０６は、試料１０１と試料ホルダ駆動機構制の制御回路６１８に設けられた外部電圧・電流源との間を接続するための給電端子として、少なくとも１つの配線構造（以下、試料ホルダ本体１０６に設けられた電気的な配線構造を、第一の配線構造１０３と呼ぶ。）を備える。すなわち、第一の配線構造１０３は、観察しようとする試料１０１の外部電圧印加箇所と外部電圧・電流源を接続できる構造である。第一の配線構造１０３は、外部からの電流・電圧を印加するための電流導入端子１１５と、サンプルキャリア１０２へ電流・電圧を印加するための電流配線端子（２０１）と、前記電流導入端子１１５と前記電流配線端子とを結ぶ配線ケーブル１１６と、を含んでよい。
【００２５】
サンプルキャリア１０２は、図１Ｃに示したように、試料ホルダ本体１０６に設けられた第一の配線構造１０３に接続される第一の固定部材２０１と、傾斜台１０６に固定される第二の固定部材２０２と、前記第一の固定部材と第二の固定部材とを接続する変型可能な接続部２０３と、当該接続部上に形成され前記第一の固定部材２０１と第二の固定部材２０２とを導通させる配線構造（以下、サンプルキャリアに設けられた電気的な配線構造を、第二の配線構造１０５と呼ぶ。）と、試料の固定部２０４とを備える。接続部２０３は、両端の第一の固定部材２０１や第二の固定部材２０２に比べて中間部が幅の狭く厚みも薄い帯状部からなり、変形の容易な柔構造になっている。なお、サンプルキャリア１０２の構造の詳細については後に述べる。
【００２６】
観察試料１０１が固定された試料ホルダ本体１０６は、図２に示すように、電流導入端子１１５を配線ケーブル１１６に接続した状態で、試料ホルダ駆動機構６１７により駆動される。この試料ホルダ駆動機構６１７は、試料ホルダ駆動機構の制御回路６１８を介して中央処理装置にて制御されると共に、所定の電圧が印加される。
【００２７】
試料観察に先立って、電子線をはじめとする粒子線が透過できる程度の厚さに薄膜化した試料１０１を、サンプルキャリア１０２に取り付ける「薄膜試料作製プロセス」を行う必要がある。本プロセスに関しては特許文献７に記載されているので、その引用をもって本プロセスの詳細な説明に代える。このとき、観察しようとする試料は、１つのサンプルキャリア１０２につき、観察試料１つのみを設置するに限るものではなく、複数の観察試料を設置しても差し支えない。
【００２８】
ここで、上述した薄膜試料の作製プロセスについて、簡単に述べる。薄膜試料の作製に当たっては、試料作製装置にサンプルキャリア１０２のみを導入し、試料作製装置の内部で、薄膜化した試料１０１をサンプルキャリア１０２に取り付け、その後、試料作製装置の内部もしくは外部で、試料１０１をサンプルキャリア１０２ごと試料ホルダ本体１０６に載置すれば良い。または、あらかじめサンプルキャリア１０２を試料ホルダ本体１０６に載置しておき、試料分析装置と共用のサイドエントリ式試料ホルダとして試料作製装置に導入し、試料作製装置の内部で、薄膜化した試料１０１を前記サンプルキャリア１０２に取り付けてもよい。なお、前記試料作製装置は、集束イオンビーム装置を用いてよく、マイクロサンプリング法を利用しても差し支えない。
【００２９】
一方、本発明による試料分析装置により、実際に試料の分析・評価を行うにあたって、測定しようとする試料が、大気をはじめとする気体や液体、あるいは蒸気等に触れると、試料表面の酸化や汚染が起こる可能性がある。そこで、試料作製装置、および試料分析装置の両方の機能を一台の装置にもたせれば、試料作製プロセスから試料の分析・評価までの一連の工程を、一台の装置内で連続して行うことができる。このことは、例えば、走査電子顕微鏡や、透過電子顕微鏡や、走査透過電子顕微鏡をはじめとする電子顕微鏡と、集束イオンビーム装置と、を組み合わせることによって実現しても差し支えない。このようにすれば、試料作製や、試料の外部電圧印加箇所と外部電源との接続や、試料の分析・評価を一台の装置で平行して進めることが可能となるため、試料分析にかかる時間の短縮につながる。また、装置内部を真空に保つことにより試料表面の酸化や汚染を防ぐことができるようになるため、試料の分析・評価をより正確に行うことが可能となる。
【００３０】
次に、予め試料１０１が取り付けられたサンプルキャリア１０２を、試料ホルダ本体１０６に設置する一の方法を、図３（図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ）を用いながら説明する。
【００３１】
まず、図３Ａは、サンプルキャリア１０２が設置されていない状態の試料ホルダ本体１０６および傾斜台１０７を示すものである。この状態で、試料ホルダ本体１０６および傾斜台１０７の上に、予め観察試料１０１を固定部２０４に固定したサンプルキャリア１０２を載せ、試料ホルダ本体１０６のソケット１０４にサンプルキャリア１０２の一端を挟み込み固定する（図３Ｂ）。次に、サンプルキャリア１０２の上に、サンプルキャリア押さえ１１３を載せ、サンプルキャリア押さえ固定ネジ１１４を用いて、サンプルキャリア押さえ１１３を傾斜台１０７にねじ止めにより固定する（図３Ｃ）。
【００３２】
このとき、試料ホルダ本体１０６と、サンプルキャリア１０２とをしっかりと固定し、第一の配線構造１０３と第二の配線構造１０５とを確実に接続すると便利である。
【００３３】
また、サンプルキャリア１０２に設けた第二の配線構造１０５に対応するように、試料ホルダ本体１０６のソケット１０４の内部に第一の配線構造１０３を作りこんでおけば、ソケット１０４にサンプルキャリア１０２の一部である第一の固定部材２０１を挿入することにより、サンプルキャリア１０２をソケット１０４に固定でき、同時に、第一の配線構造１０３と第二の配線構造１０５とを電気的に接続できる。
【００３４】
本実施例では、傾斜台１０７の上に載せたサンプルキャリア１０２の上に、サンプルキャリア押さえ１１３を載せて、サンプルキャリア押さえ固定ネジ１１４を用いて、サンプルキャリア押さえ１１３を傾斜台１０７にねじ止めする。この方法では、着脱時にサンプルキャリア押さえ固定ネジ１１４を回す必要があり、着脱に手間と時間が必要となるが、振動によってサンプルキャリア１０２が傾斜台１０７より脱落することを防ぐことができる効果がある。なお、サンプルキャリア押さえ１１３を傾斜台１０７に固定する方法として、ねじ止め固定する方法だけに限られるわけではなく、例えばバネを用いて止めても差し支えない。
【００３５】
ここで、試料ホルダ駆動機構６１７により試料１０１の傾斜角度を変える操作について、図４（図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ）で説明する。まず、図４Ａでは、ロッド１１０が長軸（Ａ−Ａ´）方向に右側に後退した位置にあり、傾斜台１０７の傾斜面の下部で接しているため、試料１０１の傾斜角度がθ１（負）の状態となっている。このとき、サンプルキャリア１０２の水平方向の長さはＬ1である。次に、図４Ｂでは、ロッド１１０が長軸（Ａ−Ａ´）方向に左側にやや前進した位置にあり、傾斜台１０７の傾斜面に接する位置が傾斜面の中央付近にあるため、試料１０１の傾斜角度がθ２（負）と小さくなっている。傾斜台１０７の傾斜角が変化するのに伴いサンプルキャリア１０２も変形し、その水平方向の長さはＬ2（＜Ｌ1）である。さらに、図４Ｃでは、ロッド１１０が長軸（Ａ−Ａ´）方向に左側の位置にあり、傾斜台１０７の傾斜面に接する位置が傾斜面の上部にあるため、試料１０１の傾斜角度がθ３（正）となっている。このとき、傾斜台１０７の傾斜角の変化に伴い変形したサンプルキャリア１０２の水平方向の長さはＬ３（＞Ｌ2）である。このように、サンプルキャリアが変形自在なため、ロッド１１０が長軸方向に移動することで、傾斜台１０７、ひいては試料１０１の傾斜が簡単かつ正確に調整される。本実施例によれば、試料１０１の傾斜角度を、一例として、±１５度の範囲で、正確に調整可能である。
【００３６】
本実施例によれば、観察しようとする試料に含まれるプラグや配線構造をはじめとする試料の特定箇所に、単一または多数系統の外部電圧を印加し、試料に形成されたデバイスをオン・オフさせたときの構造、組成、電子状態の変化を分析できる試料分析装置において、試料１０１を遠隔操作により自由に回転・傾斜できるようになる。
【００３７】
また、本実施例で示した方法をとれば、観察試料をあらかじめ取り付けたサンプルキャリア１０２を試料ホルダ本体１０６から取り外し、新しいサンプルキャリアを試料ホルダ本体１０６に固定することにより、簡便にかつ短時間のうちに観察試料を交換できる。
【００３８】
以上述べたように、本発明によれば、試料分析装置において、微細なデバイス構造を有する観察対象の試料に対して、単一または多数系統の外部電圧を印加し、デバイスをオン・オフさせたときの構造、組成、電子状態の変化を分析する場合に、外部から当該試料に直接力を加えることなく、試料を自由に回転・傾斜できる試料ホルダを提供することができる。
【実施例２】
【００３９】
次に、本発明の第２の実施例を図５（図５Ａ、図５Ｂ）で説明する。  
試料ホルダ本体１０６の第一の配線構造１０３は、サンプルキャリア１０２の第二の配線構造１０５との接続が容易な構造であれば良く、本発明の第１の実施例で示した構成に限定されるものではない。図５Ａは第２の実施例の平面図、図５Ｂはその断面図である。
【００４０】
すなわち、第一の配線構造１０３と第二の配線構造１０５との電気的な接続をより確かなものとするため、（１）前記第一の配線構造１０３と前記第二の配線構造１０５の一方または両方に配線接触用ばね４０１を設けたり、（２）前記第一の配線構造１０３と前記第二の配線構造１０５の一方または両方に熊手型の接触端子を設けたりしてもよい。
【００４１】
（１）の実施例としては、配線接触用ばね４０１は一例として板ばねを描いたが、もちろん板ばねに限られるものではなく、皿ばね、コイルばねなど他の種類のばねをも用いることができる。（２）の実施例としては、第一の配線構造として、熊手型の接触端子４０２を設け、これを第二の配線構造１０５とを接続するような構造を記載した。これ以外にも、サンプルキャリア１０２に凹凸形状など案内形状をあらかじめ設け、試料ホルダ本体１０６にも前記サンプルキャリアに設けた前記案内形状に対応する形状を設け、そして、両者を例えばスライドさせながら組み付けることにより、サンプルキャリア１０２を試料ホルダ本体１０６に固定することとしても差し支えない。これらの方法を用いることにより、第一の配線構造１０３と第二の配線構造１０５との接続をより確かなものにできるため、振動に起因する試料脱落を抑えることができる。
【００４２】
本発明によれば、試料分析装置において、微細なデバイス構造を有する観察対象の試料に対して、単一または多数系統の外部電圧を印加し、デバイスをオン・オフさせたときの構造、組成、電子状態の変化を分析する場合に、外部から当該試料に直接力を加えることなく、試料を自由に回転・傾斜できる試料ホルダを提供することができる。
【実施例３】
【００４３】
次に、サンプルキャリア１０２の構成について、詳細に説明する。図１Ｃや図６（図６Ａ、図６Ｂ）に示したように、サンプルキャリア１０２は、試料ホルダ本体に接続される第一の固定部材２０１と、固定部２０４に試料１０１が接続固定される第二の固定部材２０２と、前記第一の固定部材２０１と第二の固定部材２０２とを接続する変型可能な接続部２０３と、これら第一の固定部材２０１と第二の固定部材２０２及び接続部２０３に形成された電気的配線パターンである第二の配線構造１０５と、を備えている。接続部２０３は、第一の固定部材２０１や第二の固定部材２０２に対して機械的に柔構造となっている。例えば、第一の固定部材２０１と第二の固定部材２０２の幅ＷBに対して、接続部２０３の幅ＷAは狭くなっており、サンプルキャリア１０２は、この狭い幅の帯状部を有することで、変型が容易な構造となっている。さらには、接続部２０３の厚みを両固定部材よりも薄くしても良い。
【００４４】
サンプルキャリア１０２の平面形状は、図１Ｃに示した構成に限定されるものではない。例えば、変型可能な接続部２０３は第一の固定部材２０１と第二の固定部材２０２の中央部を接続するように構成しても良い。すなわち、第３の実施例として、図６Ａのように、サンプルキャリア１０２は、試料ホルダ本体に着脱自由な形状を有するものとし、かつ、その一部または全部が変型可能な構造を有してよい。第一の固定部材２０１と第二の固定部材２０２の平面形状は、矩形に限られるものではなく、多角形としても良く、円形または楕円形、あるいは円形や楕円形に多角形を組み合わせた形状としてもよい。また、図６Ｂのように、サンプルキャリア１０２に持ち手５０１やねじ穴５０８を設ければ、操作者がサンプルキャリア１０２を試料ホルダ本体に着脱する際などに便利である。
【００４５】
サンプルキャリアの第一の固定部材２０１と第二の固定部材２０２とを電気的に導通させる第二の配線構造１０５は、単一または多数の導電性を有する配線構造として構成される。この第二の配線構造１０５をサンプルキャリア１０２にあらかじめつくりこむことにより、観察しようとする試料をサンプルキャリア１０２上に固定して一体化できる。第二の配線構造１０５の形状は、例えば、長方形や正方形に限らず多角形にすることができる。また、第二の配線構造１０５に、単一または多数のパッド５０２を含めれば、測定しようとする試料の任意の箇所と第二の配線構造１０５との電気的な接続がとりやすくなる。さらに、第二の配線構造１０５の一部に微細な配線構造５０３を設ければ、ナノメートルオーダーまたはマイクロメートルオーダーの大きさをもつデバイス構造が形成された試料と、ミリメートルオーダーの大きさをもつサンプルキャリア１０２との間を接続するのに都合が良くなり、また、配線の系統数が増大した場合に便利である。
【００４６】
サンプルキャリア１０２の厚さは、均一なものでも良いが、必ずしも均一とする必要はない。たとえば、第一の固定部材２０１と第二の固定部材２０２の厚みに対し、これら２つの固定部材を接続する変型可能な接続部２０３の厚みを薄く作りこめば、サンプルキャリア１０２そのものの変型が容易になる。あるいはまた、第二の固定部材２０２において、試料１０１を搭載する面を薄く作っておけば、透過電子顕微鏡や走査透過電子顕微鏡を用いた試料観察時に、サンプルキャリア１０２がつくる影が試料１０１を隠し、試料の観察領域を狭めることを防ぐことができる。逆に、第二の配線構造１０３に接続される第一の固定部材２０１や、傾斜台１０６に固定される第二の固定部材２０２を厚く作りこめば、前記領域がしなったり折れ曲がったりすることを抑えられ、薄膜化した観察試料の破損が抑制できる。
【００４７】
ここで、サンプルキャリア１０２の表面および裏面を以下のように定義する。すなわち、試料分析装置の内部において、荷電粒子の発生源（電子顕微鏡においては、電子銃。）に対向する面を表面とし、その逆側の面を裏面とする。第二の配線構造１０５（以下、本実施例においては、第二の配線構造１０５には、パッド５０２、微細な配線構造５０３を含めても差し支えないものとする。）は、サンプルキャリア１０２の表面または裏面のどちらか片面のみに設けてもよいし、表面および裏面の両面に設けてもよい。なお、第二の配線構造１０５がサンプルキャリア１０２の表面にむき出しになっていると、評価・分析時に荷電粒子による帯電等の影響を受ける可能性があるため、第一の配線構造１０３に荷電粒子が直接当たらないようにするための対策を行っても差し支えない。例えば、第二の配線構造１０５は、おのおの、その一部または全部をサンプルキャリア１０２の内部に埋め込むこととしてもよいし、サンプルキャリア１０２または試料ホルダ本体１０６に電子線遮蔽のための導電膜を設け、前記導電膜を接地してもよい。
【００４８】
次に、サンプルキャリア１０２に設けられる配線構造に関し、第二の配線構造１０５を例にとり説明する。図７に、サンプルキャリア１０２の断面形状として種々の実施例を示す。第二の配線構造１０５は、サンプルキャリア１０２本体とは電気的に独立しており、サンプルキャリア１０２に多数の第二の配線構造１０５を設置する場合、第二の配線構造１０５は各々電気的に独立する必要がある。
【００４９】
そこで、図７の（ａ）、（ｂ）のように、導電性を有するサンプルキャリア１０２（母材＝基板材料５０６）の表面の一部または全部を絶縁膜５０５で覆い、この絶縁膜の一部または全部の上に導電膜５０４を形成し、これを第二の配線構造１０５とするとよい。換言すると、第二の配線構造１０５として、基板材料５０６の上または内部に一体的に、電気的に独立した複数の導電膜５０４を形成することで、多数の導電性を有する柔構造の配線構造が得られる。
【００５０】
または、図７（ｃ）のように、絶縁膜５０５を導電膜５０４の周囲にも形成して導電膜５０４の一部または全部を包み込んでも良い。あるいは、図７（ｄ）のように、導電膜５０４の一部または全部を上下２枚の基板材料５０６にて挟み込んだりする構造を設け、これを第二の配線構造１０５としてもよい。このように、第二の配線構造１０５の一部または全部を絶縁膜５０５に埋め込むことにより、構造上、第二の配線構造１０５や導電体が外部にむき出しになることを防ぐことができ、外部からの磨耗や荷電粒子線による帯電の影響を抑えることができる。
【００５１】
さらに、図７の（ｅ）、（ｆ）のように、絶縁材料５０７の表面に導電膜５０４を直接備えたり、絶縁材料５０７の内部に導電膜５０４を備えたりして、これを第二の配線構造１０５とすれば、より簡単な構造となる。このとき、絶縁材料５０７としてガラスやポリイミド樹脂を用い、第二の配線構造１０５としてニッケルや銅の配線パターンを設けたり、蒸着により金属薄膜やカーボン膜を作製したりしてもよい。
【００５２】
なお、サンプルキャリア１０２に設けられる第二の配線構造１０５はごく薄い層からなっている。一例として、ポリイミド樹脂性の絶縁膜の厚みは３０μｍ〜１００μｍであり、銅もしくはニッケルを材料とする導電膜の厚みは約５μｍである。ポリイミド樹脂は柔軟性を有するので、ロッド１１０が操作されることによりサンプルキャリア１０２が変形しても、第二の配線構造１０５の断線の可能性は極めて少ない。あるいはまた、サンプルキャリア１０２が変形しても、第二の配線構造１０５に接続された試料のデバイス構造が、機械的な力を受けて破損する可能性は極めて少ない。
【００５３】
なお、図７で説明した配線構造は、後で述べる本発明の他の実施例における、柔構造を必要とする配線構造にも適用できることは言うまでも無い。
【実施例４】
【００５４】
次に、図８にて、荷電粒子線装置のひとつである電子顕微鏡に本発明を適用した実施例を説明する。なお、ここでは一例として電子顕微鏡の一つである走査透過電子顕微鏡における実施例を説明するが、必ずしも、対象は走査透過電子顕微鏡に限るものではなく、透過電子顕微鏡、走査電子顕微鏡などをはじめとする電子顕微鏡や、荷電粒子線装置を対象とすることができる。
【００５５】
電子銃６２６から放射された１次電子線６０２は、アノード６２７、照射レンズ６０３、コンデンサ絞り６０５、軸ずれ補正用偏向器６０７、収差補正器６０９、イメージシフト用偏向器６１１と対物レンズ６１５等の照射光学系により、観察しようとする試料１０１に収束、照射される。また照射光学系の制御は、電子銃制御回路６０１、照射レンズ制御回路６０４、コンデンサ絞り制御回路６０６、軸ずれ補正用偏向器制御回路６０８、収差補正器制御回路６１０、イメージシフト用偏向器制御回路６１２、走査用偏向器制御回路６１４、対物レンズ制御回路６１６等の制御系により制御されている。 
試料１０１を保持する試料ホルダ本体１０６は、試料ホルダ駆動機構６１７で駆動される。すなわち、中央処理装置６２２にて制御される電流導入端子付き試料ホルダ駆動機構制御回路６１８及び試料ホルダ駆動機構６１７を介して、試料ホルダ本体１０６が、１次電子線６０２を所望の入射角度で試料１０１に当てるように調整される。
【００５６】
１次電子線６０２は走査用偏向器６１３にて試料面上で２次元的に走査されることから、透過電子線６１９の強度を電子検出器６２０で検出し、電子検出器制御回路６２１、中央処理装置６２２を介し、走査位置と同期を取って表示装置６２３に画像表示することにより、試料構造や組成、電子状態に対応したコントラストを有する透過電子線像を表示装置６２３に示すことが可能である。
【００５７】
先に述べたように、試料ホルダ本体１０６に装着されたサンプルキャリアは、２つのピボットを回転中心として２軸に回転・傾斜される。さらに、操作者は、情報入力手段６２４を用いて、試料の分析・評価にあたって有用な様々なパラメータを入力できる。情報入力手段６２４には、例えば、タッチパネル、キーボード、マウス、などを含めてもよく、パラメータには、例えば、試料の位置（ｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向）、試料の回転・傾斜角度、試料への印加電圧値、試料へ流し込む電流値、などを含めてもよい。情報入力手段６２４により入力されたパラメータは、中央処理装置６２２にて制御され、その状況は表示装置６２３にて、逐次、表示を行ったり、記録装置６２５にて記録したりする。
【００５８】
本発明によれば、試料分析装置において、微細なデバイス構造を有する観察対象の試料に対して、単一または多数系統の外部電圧を印加し、デバイスをオン・オフさせたときの構造、組成、電子状態の変化を分析する場合に、外部から当該試料に直接力を加えることなく、試料を自由に回転・傾斜できる試料分析装置を提供することができる。
【実施例５】
【００５９】
次に、図８に示した電子顕微鏡の表示装置６２３にて提供される、ユーザーインターフェース機能として、外部電圧・電源印加のための操作画面および操作方法の一実施例を、図９を用いて説明する。
【００６０】
外部電圧・電流印加システム７０１（以下、単にシステム７０１と述べる。）には、操作画面として、（ａ）サンプルキャリアが試料ホルダ本体に正しく載置されていることを確認したり、（ｂ）サンプルキャリアや試料ホルダ本体に設けた各種配線の接触抵抗を計測したりするための「テスト画面」を設けてもよい。このテスト画面においては、各種パラメータを入力する手段として、「傾斜・回転調整」７０２を配置できる。操作画面７０１で「傾斜・回転調整」７０２を選択すると、「傾斜・回転調整」のパラメータ設定画面に遷移する。このとき表示される操作画面には、各種パラメータとして、第一の配線構造１０３と、第二の配線構造１０５とが電気的に確かに接続されていることを確認するのに必要な情報を含むことが望ましく、印加電圧値、電流値、の一部または全部を含めて差し支えない。前記各種パラメータを入力する手段としては、つまみやボタン、計器、あるいは設定値を直接入力するための入力スペース、あるいはプルダウンなどを用いることとして差し支えない。
【００６１】
実際に（ａ）サンプルキャリアが試料ホルダ本体に正しく載置されていることを確認するためには、あるサンプルキャリアに設けた第二の配線構造の端子間をあらかじめ短絡させておき、その短絡された端子間に電圧を印加すれば、端子間に電流が流れる。したがって、このようなサンプルキャリアを準備しておき、前記短絡された端子間の電流を検出することにより、サンプルキャリアが試料ホルダ本体に正しく載置されたことが確認できる。一方（ｂ）サンプルキャリアや試料ホルダ本体に設けた各種配線の接触抵抗は、端子間に電圧を印加した際に端子間に流れる電流を計測することによって評価可能である。各種配線の接触抵抗を計測することにより、観察試料の電流電圧特性の変化を校正することが可能となる。
【００６２】
また、システム７０１には、試料を観察・評価したり、荷電粒子線装置を制御したりするにあたって必要となる各種パラメータを設定するための「設定画面」を設けてもよい。前記設定画面においては、各種パラメータを入力する手段を配置できる。前記各種パラメータは、試料分析装置を作動させ、また、外部電源の電圧や電流値を決定するために必要な情報であって、例えば、ビーム電流、焦点、露出計、ビーム電流の電流計、倍率、使用するカメラの種類、励磁条件、試料の位置（ｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向）、試料の回転・傾斜角度、試料への印加電圧値、試料へ流し込む電流値、の一部または全部を含めて差し支えない。また、前記パラメータを入力する手段としては、つまみやボタン、計器、あるいは設定値を直接入力するための入力スペース、あるいはプルダウンなどを用いることとして差し支えない。
【００６３】
図９では、４系統の直流の外部電源を独立して操作できるようになっているが、系統数は４系統に限らなくともよいし、外部電源として交流電源、あるいは、直流電源と交流電源を重畳したうえで試料に接続できるようにしてもよい。
【００６４】
操作者は、情報入力手段６２４を用いて、システム７０１に設けたパラメータ入力手段を操作することにより、前記各種パラメータを設定したり、変更したりすることができる。設定されたり変更されたりした各種パラメータは、中央処理装置６２２にて制御されて試料分析装置における分析・評価の条件として用いられる。
【００６５】
前記システム７０１において、「テスト画面」、「設定画面」に加えて、試料の分析・評価結果を表示する「結果画面」も併せて表示できるようにすると、操作者はパラメータ設定および分析・評価結果の検討を一つの画面上で行うことができて便利である。前記「結果画面」は、分析・評価作業を通じて撮影した像や収得したスペクトルをはじめとして、記録装置６２５により記憶されている過去のデータなど様々なデータを表示できることとして差し支えない。
【００６６】
前記システムにおいて提供される画面には、「テスト画面」「設定画面」「結果画面」を同時に表示してもよいし、また必要に応じて、このうちの任意の画面が表示されるよう構成してもよい。これら「テスト画面」「設定画面」「結果画面」に表示される画像やスペクトル像、あるいは前記各種パラメータの設定値を印刷したり、フロッピーディスク（登録商標）やハードディスク、あるいはＵＳＢメモリをはじめとする外部記憶媒体に記録したりする装置を本システムに含めても差し支えない。
【００６７】
ここで、サンプルキャリアや試料ホルダ本体に設けた配線構造を介して、試料に印加する電圧値や、試料に流れ込む電流値が増大すると、サンプルキャリアや試料ホルダ本体に設けた配線構造や、試料そのものなどが破壊する恐れがある。そこで、前記「テスト画面」「設定画面」にて入力、設定、または変更されるパラメータ（試料への印加電圧値、試料へ流し込む電流値）を監視し、ある一定以上の印加電圧値や電流値を設定しようとしたとき、当該電圧値や電流値を強制的に零にしたり、または、ある一定の値以下に書き換えたりする機能を有する「誤入力防止機能」を設けても差し支えない。また、前記、実際に試料に印加する電圧値や、実際に試料に流れ込む電流値を監視し、ある電圧設定値以上の電圧を試料に印加したり、ある電流設定値以上の電流が試料に流れ込んだりしたとき、試料と外部電源との接続を切ったり、または、電圧値や電流値を前記電圧設定値や前記電流設定値以下に落としたりする機能を有する「電圧電流制限機能」を設けても差し支えない。
【００６８】
さらに、観察しようとする試料は、ひとつのサンプルキャリアにつき、観察試料１つのみを設置するに限るものではなく、複数の観察試料を設置して差し支えないことは既に述べたとおりである。システム７０１においては、前記複数の観察試料に外部電圧・電源印加が可能な構造となっていても差し支えない。また、システム７０１には、本実施例で前述した各種パラメータに、複数の観察試料に電圧・電流を印加する順序や、電圧・電流印加時間を前記パラメータに加えても差し支えない。
【実施例６】
【００６９】
本発明の第６の実施例として、サンプルキャリアを２つの部品に分割した例を、図１０および図１１を用いて説明する。
【００７０】
まず、図１０（図１０Ａ、図１０Ｂ）に、サンプルキャリアを、第一のサンプルキャリア８０１、および第二のサンプルキャリア８０２に分割した例を示す。図１０Ａはサンプルキャリアを搭載した試料ホルダ本体１０６の平面図、図１０Ｂは図１０Ａの側断面図である。第一のサンプルキャリア８０１は、試料ホルダ本体に設けた第一の配線構造１０３に接続される第一の固定部材２０１と、傾斜台に固定される第二の固定部材２０２と、前記第一の固定部材と第二の固定部材とを接続する変型可能な接続部２０３と、当該接続部上に形成され前記第一の固定部材と前記第二の固定部材とを導通させる第二の配線構造１０５とを備えることを特徴とする。このとき、第一のサンプルキャリア８０１は、ソケット８０４に差し込むことによって傾斜台１０７に固定するようにしても差し支えない。また、第二のサンプルキャリア８０２は、試料を保持する部材８０６と、第三の配線構造８０７とを備えることを特徴とする。このとき、第二のサンプルキャリア８０２は、実施例１で述べた方法で傾斜台１０７に固定することとして差し支えない。
【００７１】
ここで、傾斜台１０７に、第一のサンプルキャリア８０１に設けた第二の配線構造１０５と、第二のサンプルキャリア８０２に設けた第三の配線構造８０７とを接続するための配線構造８０５を設けるとよい（図１０Ｂ）。このようにすれば、試料ホルダ本体に設けた第一の配線構造１０３と、第一のサンプルキャリア８０１に設けた第二の配線構造１０５と、傾斜台１０７に設けた配線構造８０５と、第二のサンプルキャリア８０２に設けた第三の配線構造８０７と、を介して、試料に外部電圧を印加することが可能となる。
【００７２】
さらに、図１１（図１１Ａ、図１１Ｂ）に、サンプルキャリアを、第一のサンプルキャリア、および第二のサンプルキャリアに分割した他の例を示す。図１１Ａはサンプルキャリアを搭載した試料ホルダ本体１０６の底面図、図１１Ｂは図１１Ａの側断面図である。この例では、第一のサンプルキャリアと試料ホルダ本体に設けた配線ケーブルとを一体化した柔構造の第一のサンプルキャリア兼配線ケーブルの構造体９０１を試料ホルダ本体に設け、その端を、ソケット８０４に差し込むことによって傾斜台１０７に固定するようにしている。第一のサンプルキャリア兼配線ケーブルの構造体９０１は配線ケーブル１１６を兼ねており、試料ホルダ本体１０６に設けられた給電端子、例えば図２の電流導入端子１１５を兼ねた給電端子に接続されている。また、第二のサンプルキャリア８０２は、実施例１で述べた方法で傾斜台１０７に固定することとして差し支えない。このとき、傾斜台１０７に、第一のサンプルキャリア兼配線ケーブルの構造体９０１と、第二のサンプルキャリア８０２に設けた第三の配線構造８０７とを接続するための、配線構造８０５を設けるとよい。このようにすれば、第一のサンプルキャリア兼配線ケーブルの構造体９０１と、傾斜台１０７に設けた配線構造８０５と、第二のサンプルキャリア８０２に設けた第三の配線構造８０７と、を介して、観察試料に外部電圧を印加することが可能となる。
【００７３】
これらの方法を用いれば、先の実施例で説明した薄膜試料作製プロセスを行う際、サンプルキャリア全体でなく第二のサンプルキャリア８０２のみを試料作製装置に導入すればよいことから、試料作製装置を小型化でき、薄膜試料作製プロセスが容易になる。また、観察試料を交換する際、すべてのサンプルキャリアを着脱する必要がなくなり、その一部である第二のサンプルキャリア８０２のみを着脱すれば十分となるため、観察試料着脱時のハンドリングが容易となる。なお、荷電粒子線装置のひとつである電子顕微鏡での観察方法や、外部電圧・電源印加のための操作画面および操作方法に関しては、先に述べた実施例と同様で差し支えない。
【実施例７】
【００７４】
本実施例では、荷電粒子線装置のひとつである透過電子顕微鏡に本発明を適用した試料分析手法の一実施例を説明する。前記透過電子顕微鏡を応用した試料の観察、分析の手法の一つとして、電子線ホログラフィ法が有力である。前記電子線ホログラフィ法は、電子の波としての性質を利用する手法で、試料を透過した電子波の位相情報から、前記試料の内部電位の二次元的な分布を取得できる。前記電子線ホログラフィ法は原理的に良好な定量性や分解能を有しており、取得した試料の内部電位の二次元的な分布から、当該試料のキャリア密度のプロファイルや、ドーパントプロファイルと称されるイオン注入領域の形状を見積もることができる。前記電子線ホログラフィ法を実現するための装置構成や結像原理は、例えば特許文献７に記載されている。
【００７５】
前記電子線ホログラフィ法でデバイスを観察するためには、観察するデバイスを含むように、いわゆるマイクロサンプリング法などにより、粒子線が透過できる程度の厚さに薄膜化した試料を準備する。しかし、従来の方式では、薄膜化した試料は外部と電気的に切り離されており、デバイスは停止した状態である。一方で、半導体デバイスはプラグ、ゲートなどに電圧を印加して動作させるので、前記半導体デバイスの特性評価は、より正確には動作状態で行うことが望ましい。例えば、半導体デバイス内部のキャリア密度分布は、電圧を印加した状態と電圧を印加しない状態とでは異なるため、前記半導体デバイスの内部電位分布も、電圧を印加した状態と電圧を印加しない状態とでは異なると考えられる。また、ゲート絶縁膜の耐性を評価する際も、基板とゲート間に動作電圧を印加した状態で評価することが望ましい。
【００７６】
そこで、透過電子顕微鏡を応用した試料分析手法の一実施例として、図１２を用いて、試料に外部電圧を印加しながら電子線ホログラフィ法による計測を行う方法を説明する。
【００７７】
（１）電子源より照射される電子線１００１の一部は、観察しようとする試料１００２の観察領域を透過させる。この電子線を物体波１００３と呼ぶ。一方、前記試料１００２は、前記観察領域（すなわち、前記物体波１００３が透過する領域）の近傍に真空領域をあらかじめ設けておくものとし、前記電子線１００１の一部は、前記真空領域を通過させる。この電子線を透過波１００４と呼ぶ。
【００７８】
（２）前記物体波１００３と前記透過波１００４は、対物レンズ１００５を通った後、対向電極１００６と電子線バイプリズム１００７によって曲げられ、両者が重なり合って干渉縞１００８を形成する。
【００７９】
（３）撮像装置１００９を用いて前記干渉縞１００８を記録する。このとき、撮像装置１００９として、蛍光板や、写真フィルムや、イメージングプレートや、ＣＣＤカメラなどを使用して前記干渉縞１００８を記録することにしても差し支えない。
【００８０】
（４）前記撮像装置１０１０によって記録された前記干渉縞１００８を、解析装置１０１０を用いて解析する。前記解析装置１０１０における解析のプロセスは、前記干渉縞１００８から前記物体波１００３の位相情報を得るプロセスを含んだり、前記試料１００２の観察領域における内部電位分布を抽出したりするプロセスを含んだりしても差し支えない。
【００８１】
（５）前記解析装置１０１０で得られた解析結果を、結果表示装置１０１１にて表示する。図１２では、解析結果表示装置１０１１としてディスプレイ状のものを示したが、実施例１で示した表示装置６２３に含めても差し支えない。また、情報入力手段１０１２を設け、試料の分析・評価にあたって有用な様々なパラメータを入力すると便利である。前記情報入力手段には、例えば、タッチパネル、キーボード、マウス、などを含めても差し支えない。また、前記解析装置１０１０で得られた解析結果を印刷したり、各種記録媒体にデータを書き出したりするための記録装置１０１３を設けると便利である。さらに、図１２では、前記撮像装置１００９と、前記解析装置１０１０と、前記結果表示装置１０１１と、前記情報入力手段１０１２と、前記記録装置１０１３は接続されているが、一部または全部を一つの装置にまとめても差し支えないし、または、一部または全部を接続せず独立させてももちろん差し支えない。
【００８２】
なお、前記試料１００２を試料ホルダ本体１０６に設置する方法と、外部電圧を印加する方法と、に関しては、実施例１と同様の方法で行って差し支えない。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１Ａ】本発明の一実施例になる試料ホルダの主要部を、電子線の照射方向の逆側から見る方向（透過電子顕微鏡においては、観察室から電子銃を見る方向）からを見た平面図である。
【図１Ｂ】図１ＡのＡ−Ａ´断面図である。
【図１Ｃ】図１Ａのサンプルキャリアのみを取り出して示した平面図である。
【図２】本実施例の試料ホルダの全体的な構成の縦断面を示す図である。
【図３Ａ】サンプルキャリアが設置されていない状態の本実施例の試料ホルダ本体および傾斜台を示す図である。
【図３Ｂ】試料ホルダ本体のソケットにサンプルキャリアの一端を挟み込み固定した状態を示す図である。
【図３Ｃ】サンプルキャリア押さえ固定ネジを用いて、サンプルキャリア押さえを傾斜台にねじ止めにより固定した状態を示す図である。
【図４Ａ】試料ホルダ駆動機構により試料の傾斜角度を変える操作を説明する図である。
【図４Ｂ】試料ホルダ駆動機構により試料の傾斜角度を変える操作を説明する図である。
【図４Ｃ】試料ホルダ駆動機構により試料の傾斜角度を変える操作を説明する図である。
【図５Ａ】本発明の第２の実施例の平面図である。
【図５Ｂ】図５Ａの断面図である。
【図６Ａ】サンプルキャリアの一実施例を示す図である。
【図６Ｂ】サンプルキャリアの一実施例を示す図である。
【図７】本発明の各実施例サンプルキャリアの断面形状として種々の実施例を示す図である。
【図８】荷電粒子線装置の１つである電子顕微鏡に本発明を適用した実施例を説明する図である。
【図９】図８の実施例の装置で、表示装置にて提供される操作画面の一実施例を示す図である。
【図１０Ａ】本発明の他の実施例として、２つの部品に分割されたサンプルキャリアを搭載した試料ホルダ本体の平面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａの側断面図である。
【図１１Ａ】本発明の他の実施例として、２つの部品に分割されたサンプルキャリアを搭載した試料ホルダ本体の平面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａの側断面図である。
【図１２】本発明の透過電子顕微鏡を応用した試料分析手法の一実施例を示す図である。
【符号の説明】
【００８４】
１００：試料ホルダ、１０１：試料、１０２：サンプルキャリア、１０３：第一の配線構造、１０４：ソケット、１０５：第二の配線構造、１０６：試料ホルダ本体、１０７：傾斜台、１０８：回転ピボット、１０９：傾斜ピボット、１１０：ロッド、１１１：押さえバネ、１１２：電子線、１１３：サンプルキャリア押さえ、１１４：サンプルキャリア押さえ固定ネジ、１１５：電流導入端子、１１６：配線ケーブル、２０１：第一の固定部材、２０２：第二の固定部材、２０３：変型可能な接続部、
４０１：配線接触用ばね、４０２：熊手型の接触端子、５０１：持ち手、５０２：パッド、５０３：微細配線構造、５０４：導電膜、５０５：絶縁膜、５０６：基板材料、５０７：絶縁材料、５０８：ねじ穴、６０１：電子銃制御回路、６０２：１次電子線、６０３：照射レンズ、６０４：照射レンズ制御回路、６０５：コンデンサ絞り、６０６：コンデンサ絞り制御回路、６０７：軸ずれ補正用偏向器、６０８：軸ずれ補正用偏向器制御回路、６０９：収差補正器、６１０：収差補正器制御回路、６１１：イメージシフト用偏向器、６１２：イメージシフト用偏向器制御回路、６１３：走査用偏向器、６１４：走査用偏向器制御回路、６１５：対物レンズ、６１６：対物レンズ制御回路、６１７：電流導入端子付き試料ホルダ駆動機構、６１８：電流導入端子付き試料ホルダ駆動機構制御回路、６１９：透過電子線、６２０：電子検出器、６２１：電子検出器制御回路、６２２：中央処理装置、６２３：表示装置、６２４：情報入力手段、６２５：記録装置、６２６：電子銃、６２７：アノード、７０１：外部電圧・電流印加システム、８０１：第一のサンプルキャリア、８０２：第二のサンプルキャリア、８０４：ソケット、８０５：配線構造、８０６：試料を保持する部材、８０７：第三の配線構造、９０１：第一のサンプルキャリアと試料ホルダ本体に設けた配線構造とを一体化した構造、１００１：電子線、１００２：試料、１００３：物体波、１００４：透過波、１００５：対物レンズ、１００６：対向電極、１００７：電子線バイプリズム、１００８：干渉縞、１００９：撮像装置、１０１０：解析装置、１０１１：結果表示装置、１０１２：情報入力手段、１０１３：記録装置。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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