(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を保持する試料ホルダの先端部を捉え、固定する固定機構と、前記試料ホルダを装置内へ引き込む力よりも大きい逆方向の張力を付与するバネ機構と、前記試料ホルダに保持された前記試料の位置を移動させるために前記試料ホルダが移動するときの移動支点とを備えたことを特徴とする荷電粒子応用装置。
【請求項２】
請求項１の記載において、前記試料ホルダの先端部と前記固定機構とがネジ機構で接続されることを特徴とする荷電粒子応用装置。
【請求項３】
請求項１の記載において、前記試料ホルダの先端部と前記固定機構とがピンと溝との係合機構で接続されることを特徴とする荷電粒子応用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子を用いて試料を観察する電子顕微鏡または収束イオンビーム装置などの荷電粒子応用装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子を用いて試料の微細構造を観察する装置は、用いる荷電粒子の種類により電子顕微鏡とイオン顕微鏡に分けられる。これらの荷電粒子応用装置は、電磁場により収束した荷電粒子を、観察を行おうとする試料に照射し、荷電粒子の試料による反射，透過、あるいは荷電粒子と試料の衝突により発生する二次電子，Ｘ線などを観測して、試料の拡大像や元素組成などの微細構造に関する情報を得る機能を持つ。また、収束イオンビーム加工機など、荷電粒子による試料の加工を行う機能をもつ荷電粒子応用装置は、前述のイオン顕微鏡の機能を兼ねるものが多い。
【０００３】
図５は、走査透過電子顕微鏡の主要な構成を示す縦断面図である。電子源２０によって生成された荷電粒子ビーム４は、電磁レンズ２１，２３によって収束され、偏向器２２によって試料３上を走査される。試料３を透過ないし試料で散乱され、また反射された電子線や、試料３から放射されたＸ線は、検出器２５ｂ，２５ｃ，２５ｄで検出され、あるいは照射レンズ２４によって検出器２５ａ上に像を結ぶ。図５に示す走査透過電子顕微鏡は、これらの検出器からの情報を、図示されない計算機上で処理し、試料３の拡大像を得るものである。
【０００４】
ここで試料３は、荷電粒子応用装置２の本体に対して、外部から挿入されなければならない。荷電粒子応用装置２の本体内は電子線の通過のため真空に保たれている真空容器であるので、試料ホルダ１は、試料３を荷電粒子応用装置２の本体の真空を破ることなく荷電粒子応用装置２の本体内に導入するための気密を守る機能と、試料の観察したい部分を荷電粒子ビーム４の通過位置に正確に導入する微動機構を備えなければならない。
【０００５】
これらの荷電粒子応用装置において、観察ないし加工の対象となる試料は、試料交換を頻繁に行う必要に応じるため、通常、試料ホルダと呼ばれる固定機構に取り付けられて、装置内の所定の位置に挿入される構造となっている。
【０００６】
試料ホルダは、荷電粒子応用装置２内に試料を適時導入する役割を担うが、他に次のような特徴を持つ。
（１）荷電粒子応用装置２内は、荷電粒子ビームが気体分子に衝突し散乱されることを防ぐために、真空排気されている。この真空排気状態を破ることなく、大気中から試料を導入するために、試料ホルダは、エアロック、すなわち、局所的な真空排気装置を通過して試料を導入できる構造を備える。これは、試料交換の度に荷電粒子応用装置２を大気開放することにかかる時間を考えると、現実的ではないからである。
（２）荷電粒子を用いた顕微鏡が観察することができる位置、または収束イオンビーム加工装置が加工することができる位置は、通常、荷電粒子応用装置２内の荷電粒子線が通過するビーム軸（通常は装置の中心軸）の周囲の狭い範囲に限られる。但し、観察範囲は、得られる拡大像の倍率により異なる。この観察，加工位置に試料を移動する機能を、試料ホルダは持つ必要がある。また、必要に応じ、試料を荷電粒子ビームに対して傾ける、あるいは回転させる機能も備えている場合がある。
【０００７】
このため、試料ホルダは、真空を保持し、移動，回転等の機能を備えた、長い棒状の装置となる。長い棒状のホルダ先端に試料を固定し、この試料ホルダを荷電粒子応用装置２に挿入することで、装置中央軸にある荷電粒子ビーム軸位置まで試料を差し込む必要があるからである。
【０００８】
実際の使用においては、すでに内部が真空排気され、安定して稼働している荷電粒子応用装置２に対し、利用者は、用意した観察試料を、試料ホルダに装着し、装置内に挿入する。この際、試料ホルダの挿入部分にはエアロック機構が設けられ、荷電粒子応用装置２全体を大気開放することなく、装置外の大気部分から試料ホルダ先端部分を荷電粒子応用装置２内に導入するような構成が採用されている。試料を荷電粒子ビームが照射される位置で微動させ、また回転させるため、試料ホルダは、荷電粒子応用装置２の所定の位置まで挿入されたのちに、試料を移動ないし回転、またはその両方を行う機構を備えている。利用者が所望の観察位置まで試料を移動回転させたのちは、試料ホルダは試料が不意の移動を行わないよう、保持する役割を担う。
【０００９】
試料ホルダの先端部を固定し、保持する機構を備える荷電粒子応用装置が知られている（例えば、特許文献１，特許文献２参照）。しかしながら、これらは、試料ホルダを荷電粒子応用装置の垂直方向に押し当てたり、Ｏリングで固定したりする構成であり、荷電粒子応用装置と試料ホルダの温度差に起因する試料の移動、すなわちドリフトを防止するまでには至っていない。
【００１０】
荷電粒子応用装置への挿入前の試料ホルダの温度は、特別な配慮を行わない場合、もともと荷電粒子応用装置が持つ温度とは異なっている。試料ホルダと荷電粒子応用装置の温度が異なるとき、試料ホルダの温度は挿入後、荷電粒子応用装置の温度に影響され、通常、ゆっくりと温度勾配を解消する向きに温度変動する。これは多くの場合、試料ホルダの熱膨張または収縮による変形を引き起こし、試料位置の予期しない微小な変動、すなわちドリフトの主要な原因のひとつとなる。これは、特に、試料ホルダが長い棒状の装置であることで、無視できない試料位置の変動要因となる。また、試料ホルダが長い棒状の装置であることで、荷電粒子応用装置の微細な振動に対して、試料が振動し、観察視野内の試料が振動することとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−１８４３３７号公報
【特許文献２】特開２００４−２５９４４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、荷電粒子応用装置と試料ホルダの温度が異なることによるドリフトの発生を防止できる荷電粒子応用装置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】
【００１３】
本発明は、上記課題を解決するために、試料を保持する試料ホルダの先端部を捉え、固定する固定機構と、荷電粒子応用装置内の真空雰囲気によって試料ホルダを荷電粒子応用装置内へ引き込む力よりも大きい逆方向の張力を付与するバネ機構と、試料ホルダに保持された試料の位置を移動させるために試料ホルダが移動するときの移動支点とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、荷電粒子応用装置と試料ホルダの温度が異なることによって発生する試料のドリフトの発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】試料ホルダの荷電粒子応用装置本体への取り付け部の構造を示す断面図である。
【図２】試料ホルダと固定機構との接続の構成を示す構成図である。
【図３】試料ホルダと固定機構との間の接続を示す斜視図である。
【図４】試料ホルダと固定機構との接続の構成を示す断面図である。
【図５】透過走査電子顕微鏡の主要な構成を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を用いて、本発明の位置実施例を説明する。
【実施例】
【００１７】
図１は、試料ホルダの荷電粒子応用装置２の本体への取り付け部の構造を示す断面図である。荷電粒子応用装置２の本体内は、荷電粒子ビーム４の通過のため真空に保たれている真空容器であるので、試料ホルダ１は、真空を破ることなく、試料３を荷電粒子応用装置２の本体内に導入するための気密を守る機能と、試料３の観察したい部分を、荷電粒子ビーム４の通過位置に正確に導入する微動機構とを備えなければならない。
【００１８】
試料ホルダ１は、荷電粒子応用装置２の本体の外壁から装置内部に試料３を導入し、荷電粒子ビーム４が通過する個所に試料３を保持する。荷電粒子応用装置２の外壁の内部（図中左側）は、真空排気されている。外部（図中右側）は大気圧であり、図示されないエアロック機構により、試料ホルダ１は、荷電粒子応用装置２内部の真空状態を破ることなく、荷電粒子応用装置２の外壁を出入りすることが可能になっている。また、試料観察中あるいは試料加工中に、装置外部の空気分子が荷電粒子応用装置２内に進入しないように。試料ホルダ１の軸１ａと外壁との間にパッキン１０が設けられている。
【００１９】
試料ホルダ１は、大気圧に抗して逆方向の装置外部方向に押し返すバネ機構７を備えている。バネ機構７による押し返し力は、試料ホルダ１を荷電粒子応用装置２の外側（図の右方向）に押し返す力を及ぼす。試料ホルダ１は、大気圧力による装置内部への引き込み力とバネ機構７による押し返し力の差し引きで、全体として図の右方向への力を受ける。一方、このバネ機構７による押し出し力に抗して、試料ホルダ１を荷電粒子応用装置２内に固定する固定機構８を備える。固定機構８は、荷電粒子応用装置２に固定され、固定機構８の先端部８ａにより試料ホルダ１の先端部１ｂを捉え、固定する役割を持つ。この固定機構８が試料ホルダ１を、バネ機構７による押し出し力に抗して引っ張る力となる。
【００２０】
このような機構を採用することで、試料ホルダ１と固定機構８の間には、大きさが互いに等しく向きが反対の力が発生し、左右に引っ張る張力が存在することになる。この張力の存在のため、試料ホルダ１の熱膨張や熱収縮による変形が存在しても、試料ホルダ１は、先端部１ｂを中心に固定され、試料３はほとんどドリフトすることがなくなる。また、試料ホルダ１に張力がかけられていることで、試料３の横方向（図の奥から手前方向、または図の上下方向）への移動要因もなくなる。また、試料３が、固定機構８に近い部分で試料ホルダ１に保持されているので、荷電粒子応用装置２の振動に対しても、試料３の荷電粒子ビーム４に対する移動量は少なくなる。
【００２１】
図２は、試料ホルダと固定機構との接続の構成を示す構成図であり、図２（ａ）および図２（ｂ）は斜視図、図２（ｃ）は断面図である。試料ホルダ１の先端部１ｂはオネジ、固定機構８の先端部８ａはメネジが設けられ、図２（ａ）から図２（ｂ）に示すように、試料ホルダ１を回転させることによって、メネジにオネジがかみ合い、接続される。そして、図２（ｃ）に示すように、試料ホルダ１の先端部１ｂと固定機構８の先端部８ａのネジのガタの範囲内で図の右方向に引っ張られ、隙間なく固定される。
【００２２】
図３は、試料ホルダと固定機構との間の接続を示す斜視図である。図３（ａ）に示す試料ホルダ１の先端部１ｃにピン形状を、固定機構８の先端部８ｂに溝形状を加工し、図３（ｂ）中の矢印で示すように試料ホルダ１を左方向へ移動させ、図３（ｃ）中の矢印で示すように試料ホルダ１を回転させ、図３（ｄ）中の矢印で示すように試料ホルダ１を右方向へ移動させることで、試料ホルダ１を固定機構８へ係合して接続することができる。このとき、試料ホルダ１は、図１に示したようなバネ機構７が設けられ、常に図中の右方向への張力が加わっているため、図中の左方向へ移動させない限り、試料ホルダ１と固定機構８との接続が離れることはない。
【００２３】
図４は、試料ホルダと固定機構との接続の構成を示す断面図である。荷電粒子応用装置２の外壁に移動支点５が設けられ、固定機構８の移動により試料３を移動させることができるように構成されている。固定機構８を移動させる機構は図示していないが、荷電粒子応用装置２の外部から図中の左右方向と、試料ホルダ１の軸に対して回転方向に微調整を行うことができる。このとき、試料ホルダ１には、図中右方向の張力が加わっているため、固定機構８に先端部１ｂで固定された試料ホルダ１も同じ移動や回転を行う。
【００２４】
本発明の実施例によれば、試料を保持する試料ホルダの先端部を捉え、固定する固定機構と、荷電粒子応用装置内の真空雰囲気によって試料ホルダを荷電粒子応用装置内へ引き込む力よりも大きい逆方向の張力を付与するバネ機構と、試料ホルダに保持された試料の位置を移動させるために試料ホルダが移動するときの移動支点とを備えたことにより、荷電粒子応用装置と試料ホルダの温度が異なることによるドリフトの発生を防止できる荷電粒子応用装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００２５】
１  試料ホルダ
２  荷電粒子応用装置
３  試料
４  荷電粒子ビーム
５  移動支点
７  バネ機構
８  固定機構
１０  パッキン
２０  電子源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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