(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料室内に配置された試料を移動する試料移動ステージが前記試料をｘ方向に移動するためのｘテーブルと、前記試料を前記ｘ方向と直角をなすｙ方向に移動するためのｙテーブルと、前記試料に傾斜動作を与えるための、前記ｘテ−ブルおよびｙテ−ブルを支持しているチルトテーブルとを含み、該チルトテーブルは前記傾斜動作の回転軸において軸受けにより支持された片持ち梁構造をなし、前記試料表面を荷電粒子線で走査し、それによって前記試料から発生する信号を検出して前記試料の像を表示する荷電粒子線装置において、
前記チルトテーブルを前記ｘおよびｙ方向において固定するステージロック機構を具備し、該ステージロック機構は前記試料室に固定されたステージロック軸支持部と、該ステージロック軸支持部内に挿入されて変位可能に連結されたステージロック軸及び駆動軸、該駆動軸を往復変位させる駆動部と、前記駆動軸と前記ステージロック軸の接触面は該ステージロック軸の変位方向に対して傾いた平面を成し、前記駆動軸による押圧時に前記ステージロック軸が前記チルトテーブルと前記駆動軸と前記ステージロック軸支持部の内面に接触することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、前記ステージロック軸と前記駆動軸の接触面は、鉛直方向を含む平面であり、前記ステージロック軸と前記ステージロック軸支持部内面との接触面は前記ステージロック軸の変位方向と鉛直方向が張る平面であることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、前記ステージロック軸と前記駆動軸の接触面は、ステージロック軸の変位方向に対して傾いており、前記ステージロック軸と前記ステージロック軸支持部内面との接触面は前記ステージロック軸の変位方向と鉛直方向が張る平面であることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、前記ステージロック軸と前記駆動軸の接触面の法線と、前記ステージロック軸の変位方向のなす角度は４５〜７０度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１に記載の荷電粒子線装置において、前記ステージロック駆動手段は回転モータであり、前記駆動軸は前記回転モータにより回転駆動されるネジと螺合されており、前記回転モータを回転させることにより前記ステージロック軸が変位することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項５に記載の荷電粒子線装置において、前記回転モータは空気圧式ロータリーアクチュエータであることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、前記ステージロック駆動手段は往復動式油圧シリンダであることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、前記ステージロック軸は該ステージロック軸よりも剛性の高い部材をその先端に有し、該部材が前記チルトテ−ブルに接触することを特徴とする荷電粒子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は荷電粒子線装置に関し、特にチルトテーブルを有する荷電粒子線装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子線を用いて試料表面の像を観察する荷電粒子線装置には走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や集束イオンビーム装置（ＦＩＢ）等が含まれる。
【０００３】
ここでは、通常の走査電子顕微鏡を用いて説明する。電子顕微鏡は、電子銃から発生した一次電子線を試料に照射して走査し、試料から発生する二次電子や反射電子等を電子検出器で検出する。検出された二次電子や反射電子の信号量を電子線の照射位置に対応させ、二次元像を作成し、像表示装置に表示する。
【０００４】
試料が搭載される試料移動ステージには種々の種類がある。試料移動ステージの一端が試料室に固定され、他端が自由端となる片持ち梁構造をしているものでは、他端が固定されていないため、固定された一端を中心に振動が起こりやすく、像ぶれを起こしやすいという問題がある。
【０００５】
特許文献１では、この問題を解決するため、試料室にステージロック機構を設け、自由端側を押圧固定する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２１３４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記した従来の技術においては床の振動や音によって引き起こされる試料移動ステージ５の振動を確実に押さえる配慮が十分になされていない。
【０００８】
特許文献１では、図２において床の振動や音によるチルトテーブル２０のｙ，ｚ方向の振動をステージロック機構２５により確実に抑制することができず、その結果試料６と電子ビーム８１間の相対変位が残り、像障害を生ぜしめ荷電粒子線装置の分解能向上が妨げられる。ｙ，ｚ方向の内、ｙ方向の振動は、その振幅が直接像障害の振幅となるので特に重要である。そこでｘ方向のみならず、ｙ，ｚ方向の振動も同時に抑制するための新たな技術が望まれていた。
【０００９】
本発明の目的は、試料移動ステージの耐振性、特にｙ，ｚ方向の耐振性を向上して分解能を高めることのできる荷電粒子線装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
ステージロック機構において、ロック軸を押して変位させる駆動軸とロック軸の接触面を楔のように傾けることによって、駆動軸がロック軸を押したときにロック軸が駆動軸とロック板とロック軸受内壁の３つに同時に接触して固定される。
【００１１】
これによってロック軸はｘ，ｙおよびｚの全ての方向で固定され、ロック軸に接触固定された試料ステージも固定され、試料ステージの機械的振動が抑制される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、試料移動ステージの耐振性が向上し、試料観察時に床の振動や音の振動による像障害を防止できるので、高い分解能を有する荷電粒子線装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】通常の走査型電子顕微鏡の縦断面側面図。
【図２】通常の走査型電子顕微鏡の通常の試料移動ステージを示す縦断面側面図。
【図３】図２のＤ−Ｄ線矢視図。
【図４】通常のステージロック機構の縦断面側面図。
【図５】チルトテーブルの振動と試料と電子ビームとの関係を示す図。
【図６】チルトテーブルの振動と試料と電子ビームとの関係を示す図。
【図７】チルトテーブルの振動と試料と電子ビームとの関係を示す図。
【図８】図７のＣ−Ｃ線矢視図。
【図９】本発明にもとづく走査型電子顕微鏡のステージロック機構の実施例を示す縦断面側面図。
【図１０】本発明にもとづく走査型電子顕微鏡のステージロック機構の実施例を示す、水平断面上面図。
【図１１】本発明にもとづく第一の実施例のロック軸および駆動軸部分の垂直断面図。
【図１２】本発明にもとづく第二の実施例のロック軸および駆動軸部分の垂直断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
まず、本発明を説明する上で、走査電子顕微鏡に適用した例を用いて説明をする。なお、一方が固定端、他方が自由端となっている試料移動ステージを有する装置であれば、他の装置でも用いることができる。
【００１５】
図１を用いて、電子顕微鏡の基本構造について説明する。
【００１６】
電子銃１で発生した電子ビームはコンデンサレンズ２，対物レンズ３を通して試料室４内の試料移動ステージ５の上に取り付けられた試料６の表面を照射し、かつ走査する。それによって試料６から出てくる二次電子は二次電子検出器７でとらえられて像表示装置に導入され、試料表面の像が表示される。９〜１３は試料室４，電子銃室８等を真空に引く真空ポンプである。
【００１７】
試料移動ステージ５は試料室４の左側に固定されており、右端は自由端となる片持ち梁構造をなしている。試料移動ステージ５の右端にはロック板２４が取り付けられており、試料室４に取り付けられたステージロック機構２５でロック板２４を押圧固定することによって、試料移動ステージ５の機械的振動を抑制する。なおロック板ではなくチルドテーブル２０を直接押圧してもよい。
【００１８】
ステージロック機構２５の動作を図２を参照して説明する。図３は図２のＤ−Ｄ線矢視図である。これ以降の説明において、ｘおよびｙ方向は水平面内で互いに直交する方向を示し、ｚ方向はｘｙ平面に垂直な方向、言い換えれば鉛直な方向を示すものとし、更に試料を照射する電子ビームの光軸方向はｚ方向と一致するものとする。
【００１９】
チルトテーブル１１５にはｘテーブル１１６，ｙテーブル１１７，ローテーションテーブル１１８が載せられ、ｘテーブル１１６はクロスローラ軸受１１９でｘ方向に、ｙテーブル１１７はクロスローラ軸受１２０でｙ方向に、ローテーションテーブル１１８は玉軸受１２１で回転方向にそれぞれ案内される。試料１２２はローテーションテーブル１１８に取付けられたホルダ台１２３に挿入された試料ホルダ１２４上に接着され、試料１２２はｘ，ｙ方向に移動し、また回転される。チルトテーブル１１５はチルト軸１２５を介してｚテーブル１２６に装着された２個の玉軸受１２７，１２８で支えられ、チルトテーブル１１５をチルト軸１２５回りに回転させて試料１２２の傾斜動作が可能になっている。ｚテーブル１２６はクロスローラ軸受１２９でｚ方向に案内され、試料１２２をｚ方向に移動する。チルトテーブル１１５の端部にはロック板１３０が固定され、ロック板１３０を試料室１３１に取付けられたステージロック機構１３２のロック軸１３３が押し、床の振動や音による振動を押さえる作用をする。ロック軸１３３がロック板１３０を押す領域は図３の一点鎖線で囲まれた部分になる。一点鎖線の円弧状の部分はチルト軸１２５の軸中心を中心としたチルトテーブル１１５のチルト動作によるものであり、半径方向の直線部はｚ移動によるものである。
【００２０】
図４は図２に示されるステージロック機構１３２の詳細を示す。ロック軸受１３４が試料室１３１に固定され、ロックフランジ１３５がロック軸受１３４に取り付けられ、ロータリ式空気圧アクチュエータ１３６がロックフランジ１３５に取り付けられている。ロータリ式空気圧アクチュエータ１３６の出力軸１３７に止めねじ１３８で継手１３９が結合される。ロック軸１３３のねじ部１３３ａはロック軸受１３４のめねじ部１３４ａに組み合わされ、ねじ部の片側には溝を有するカップリング部１３３ｂが設けられ、溝部１３３ｃにはロータリ式空気圧アクチュエータ１３６の出力軸１３７に固定された継手１３９が挿入される。
【００２１】
ロック軸１３３のネジ部１３３ａのもう一方の側には先端が半球状の押付け部１３３ｄが設けられている。継手１３９はロータリ式空気圧アクチュエータ１３６の回転トルクをカップリング部１３３ｂの溝部１３３ｃを通してロック軸１３３に伝える。ロック軸１３３の軸方向の動きに対しては溝部１３３ｃ内で継手１３９が摺動可能となっている。ロータリ式空気圧アクチュエータ内にポート１４０ａを通して圧縮された空気を導入することにより、継手１３９を介してロック軸１３３は時計方向の回転が与えられ、ロック軸１３３のねじ部１３３ａがロック軸受１３４のめねじ部１３４ａにより軸方向に進み、ロック軸１３３の押付け部１３３ｄ先端をロック板１３０に押し当てチルトテーブル１１５の動きを拘束する。ステージロックの解除はロータリ式空気圧アクチュエータ１３６内にポート１４０ｂを通して圧縮された空気を導入することによりロック軸１３３を反時計方向に回転させ、引き戻して行う。ロック軸１３３の押付け部１３３ｄとカップリング部１３３ｂはそれぞれガイド板１４１，１４２によりロック軸の回転，往復運動を案内され、またｙ，ｚ方向の動きを拘束する。Ｏリング１４３，１４４は試料室１３１内の真空と大気を遮断する。
【００２２】
ロック軸１３３はねじ部１３３ａに作用するｘ方向の力をロック軸受１３４のめねじ部１３４ａで受けることができるのでｘ方向の大きな剛性を有し、効果的にチルトテーブル１１５のｘ方向の振動を押さえることができる。その結果電子ビームと試料の間の相対的な変位が小さくなり、床の振動や音の振動によるＳＥＭ像障害が減少し、分解能を向上させることができる。
【００２３】
なお、ロック軸は、往復動式油圧シリンダにより押圧して固定することもできる。
【００２４】
本発明では、ｙｚ方向の振動抑制の効果を飛躍的に向上させたものである。本発明の説明に入る前に、本発明を備える走査電子顕微鏡の振動について、図５〜図８を参照して説明する。
【００２５】
図５において、床振動や音による振動が試料室４を通して試料移動ステージ５に伝わると、チルトテーブル２０にはｘテーブル３３，ｙテーブル４３，ローテーションテーブル５６が載せられ、またベース部２０ａはｘ方向に長いため、チルトテーブル２０のベース部２０ａにベース部２０ｂを起点としたｚ方向の曲げ振動が生じやすい。このような振動をすると試料６は図５に示すように円弧状に変位するためｘ方向の変位成分が生じ、その結果電子ビーム８１と試料６の間にｘ方向の相対的な変位が生じることになり、ＳＥＭ像に像障害が生じることになる。
【００２６】
チルトテーブル２０のベース部２０ａがｚ方向に振動すると破線のように変位し、それに伴いロック板２４も破線のように、すなわちｚ方向とともにｘ方向にも変位する。このときロック軸７４をロック板２４に押付けるとロック軸７４とロック板２４との接触部に摩擦力が生じ、この力によりロック板２４のｚ方向の変位を拘束するようになっている。しかし、特許文献１のようなステージロック機構では、ｙ，ｚ方向についてはロック軸７４が剛に拘束されないため、ｚ方向の変位を充分抑制することが困難である。その結果、電子ビーム８１と試料６の間にｘ方向の相対的な変位が残り、ＳＥＭ像に像障害が発生する。
【００２７】
また、図６に示すように床の振動や音による振動によりチルト軸２１あるいは玉軸受２２，２３を起点としたチルトテーブル２０のｙ方向の振動が生じる。これにより試料は図６に示すように円弧状に変位するためｙ方向およびｘ方向の変位が生じ、その結果電子ビーム８１と試料６の間にｙ，ｘ方向の相対的な変位が生じることになり、ＳＥＭ像に像障害が生じることになる。チルトテーブル２０がチルト軸２１あるいは玉軸受２２，２３を起点としてｙ方向に振動すると図６の破線のように変位し、それに伴いロック板２４も破線のように、すなわちｙ方向とともにｘ方向にも変位する。この場合も前述したチルトテーブル２０のベース部２０ａのｚ方向の振動と同じように、ロック軸７４はｙ方向には剛に拘束されていないので、ｙ方向の変位を十分抑制することが困難である。その結果、電子ビーム８１と試料６の間にｙ方向の相対的な変位が残り、ＳＥＭ像に像障害が発生する。
【００２８】
図７，図８を参照してチルトテーブル２０がチルト軸２１回りの回転方向振動をする場合について説明する。図８は図７のＣ−Ｃ線矢視図を示したものである。図８において一点鎖線で囲まれた領域が試料移動ステージ５のチルト動作とｚ移動によりロック板２４が移動するため、ロック軸７４がロック板２４を押す領域となる。床の振動や音による振動により、チルトテーブル２０はチルト軸２１回りの回転方向振動をする。試料６上で電子ビームが照射される点は実際にはチルト軸２１の軸中心と一致せず、そのためチルトテーブル２０がチルト軸２１回りの回転方向振動をすると、試料はｙ方向の変位成分が生じ、その結果電子ビーム８１と試料６の間にｙ方向の相対的な変位が生じることになり、ＳＥＭ像に像障害が生じることになる。
【００２９】
チルトテーブル２０がチルト軸２１回りの回転方向振動をするとチルトテーブル２０は破線のように変位し、それに伴いロック板２４も破線のように、すなわちｙ方向とともにｚ方向にも変位する。しかし上記従来技術のステージロック機構では、ｙ，ｚ方向についてはロック軸７４が剛に拘束されないため、ｙ，ｚ方向の変位を充分抑制することが困難である。その結果、電子ビーム８１と試料６の間にｙ方向の相対的な変位が残り、ＳＥＭ像に像障害が発生する。
【００３０】
このような問題を解決する本発明では、ステージロック機構において、ロック軸を押して変位させる駆動軸とロック軸の接触面を楔のように傾けることによって、駆動軸がロック軸を押したときにロック軸が駆動軸とロック板とロック軸受内壁の３つに同時に接触して固定されるようにした。
【００３１】
これによってロック軸はｘ，ｙおよびｚの全ての方向で固定され、ロック軸に接触固定された試料ステージも固定され、試料ステージの機械的振動が抑制される。
【実施例１】
【００３２】
ステージロック機構の構造を中心に詳細説明を行う。
【００３３】
図９は本発明にもとづく走査型電子顕微鏡のステージロック機構の第一の実施例を示す。図９は図４と類似しており、各部の形状は異なっていても図４の対応する部分と同一の番号を付した。ロック軸受１３４が試料室１３１に固定され、ロックフランジ１３５がロック軸受１３４に取り付けられ、ロータリ式空気圧アクチュエータ１３６がロックフランジ１３５に取り付けられている。ロータリ式空気圧アクチュエータ１３６の出力軸１３７に止めねじ１３８で継手１３９が結合される。伝達軸２０１のカップリング部２０１ｂには溝２０１ｃがあり、この溝に継手１３９を挿入して回転運動を伝える。伝達軸２０１のねじ部２０１ａは外側におねじ、内側にめねじが切ってあり、おねじはロック軸受１３４のめねじに組み合わされている。
【００３４】
伝達軸のねじ部２０１ａのめねじは逆ねじになっている。これに螺合する逆ねじのおねじを有する駆動軸２０２はねじ部２０２ａとＯリング部２０２ｂと楔部２０２ｃから成っている。ロック軸２０３は駆動軸２０２と緩く連結されている。駆動軸２０２とロック軸２０３の接触面は、その法線が軸方向に対して例えば、６０度の角度を成す平滑な平面となっており、互いに摺動可能となっている。駆動軸２０２およびロック軸２０３の軸に垂直な断面はＲを施した正方形となっており、同様に正方形をなすロック軸受１３４の内壁に摺動可能に接触しており、軸の周りで回転しないように拘束されている。
【００３５】
継手１３９はロータリ式空気圧アクチュエータ１３６の回転トルクを伝達軸のカップリング部２０１ｂの溝２０１ｃを通して伝達軸２０１に伝える。伝達軸２０１の軸方向の動きに対しては溝２０１ｃ内で継手１３９が摺動可能となっている。ロータリ式空気圧アクチュエータ内にポート１４０ａを通して圧縮空気を導入することにより、継手１３９を介して伝達軸２０１は時計方向の回転が与えられて軸方向に進む。同時に駆動軸２０２は更に軸方向に進む。駆動軸２０２はロック軸受１３４の内壁に拘束されて回転せず、かつ伝達軸２０１と逆ネジで連結されているからである。
【００３６】
これにより、ロック軸２０３の先端をロック板１３０（直接チルトテーブル１１５を押圧してもよい）に押し当てチルトテーブル１１５の動きを拘束する。このとき駆動軸２０２とロック軸２０３は互いに接触しながら相対的に変位し、ロック軸２０３は駆動軸２０２とロック軸受１３４の内壁とロック板１３０により剛に固定される。これによりロック板１３０もｘ，ｙ，ｚ全ての方向において剛に固定される。その結果電子ビームと試料の間の相対的な変位が小さくなり、床の振動や音の振動によるＳＥＭ像障害が減少し、分解能を向上させることができる。
【００３７】
このときの駆動軸２０２とロック軸２０３の様子を図１０に示す。図１０ａはロック軸２０３がロック板１３０に接触する直前を、図１０ｂは接触した直後の図である。いずれも上方から見た水平断面図である。フック２０４はロック軸２０３に固定されており、駆動軸２０２の鍵状部分に引っ掛かることによりロック軸２０３と駆動軸２０２を緩く結合させている。図１１は図１０の軸に垂直な断面図であって駆動軸２０２とロック軸２０３の接触面を含む断面図である。
【００３８】
駆動軸２０２とロック軸２０３は互いに水平方向の力を及ぼし合い、ロック軸受１３４の内壁に押し付けられて固定される。
【００３９】
本実施例では駆動軸２０２とロック軸２０３を緩く結合するためにフック２０４を用いたが、この方法に限定するものではない。例えば駆動軸２０２とロック軸２０３を軸に垂直な方向に貫通する孔を設け、ピンを挿入する方法等でもよい。この場合はピンと孔の間に十分な隙間があり、駆動軸２０２とロック軸２０３の相対的な変位が妨げられないようにすることが肝要である。
【００４０】
ステージロックの解除はロータリ式空気圧アクチュエータ１３６内に圧縮空気ポート１４０ｂを通して圧縮空気を導入することにより伝達軸２０１を反時計方向に回転させ、引き戻して行う。駆動軸２０２とロック軸２０３はロック軸受１３４の内壁により往復運動を案内される。Ｏリング１４３，１４４は試料室１３１内の真空と大気を遮断する。
【００４１】
図９では伝達軸２０１に回転運動を与えるためにロータリ式空気圧アクチュエータ１３６を用いたが、小形で高トルクが出る減速機付ＤＣモータを用いても同じ機能を持たせることができる。
【００４２】
なお、ロック軸は、往復動式油圧シリンダにより押圧して固定することもできる。
【実施例２】
【００４３】
図１２は図１１と同様に、駆動軸２０２とロック軸２０３の軸に垂直な断面図を示したもので、本発明にもとづく走査型電子顕微鏡のステージロック機構の第２の実施例を示している。図１２は第１の実施例の図１１と異なり、駆動軸２０２とロック軸２０３の接触面が垂直ではなく斜めに傾いている。このため駆動軸２０２とロック軸２０３は図１２において互いに左上、および右下方向の力を及ぼし合い、ロック軸受１３４の垂直な内壁および水平な内壁に押し付けられて固定される。この結果として、試料ステージはｘｙｚ全ての方向で固定され、機械的振動が抑制される。
【実施例３】
【００４４】
ロック軸と駆動軸の接触面について、本発明者の実験により、ステージロック軸と前記駆動軸の接触面の法線と、ステージロック軸の変位方向（ｘ方向）のなす角度は４５〜７０度が振動を抑制するために最適であることがわかった。
【００４５】
また、ロック軸はロック軸本体よりも剛性の高い部材を先端に有し、この部材がチルトテーブルに接触させるようにすると、振動抑制効果が高められる。
【符号の説明】
【００４６】
１  電子銃
２  コンデンサレンズ
３  対物レンズ
４，１３１  試料室
５  試料移動ステージ
６，１２２  試料
７  二次電子検出器
８  電子銃室
９〜１３  真空ポンプ
１５，１２６  ｚテーブル
２０，１１５  チルトテーブル
２１，１２５  チルト軸
２２，２３，１２１，１２７，１２８  玉軸受
２４，１３０  ロック板
２５，１３２  ステージロック機構
３３，１１６  ｘテーブル
４３，１１７  ｙテーブル
５６，１１８  ローテーションテーブル
７４，１３３，２０３  ロック軸
８１  電子ビーム
１１９，１２０，１２９  クロスローラ軸受
１２３  ホルダ台
１２４  試料ホルダ
１３４  ロック軸受
１３５  ロックフランジ
１３６  ロータリ式空気圧アクチュエータ
１３９  継手
１４０ａ，１４０ｂ  圧縮空気ポート
１４１，１４２  ガイド板
１４３，１４４  Ｏリング
２０１  伝達軸
２０２  駆動軸
２０４  フック
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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