(57)【要約】【課題】試料台を任意の方向に大きな角度でも容易にユーセントリックに傾斜させる。【解決手段】電子顕微鏡１００は、その試料ステージ１として、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に自在に移動可能な基体ステージ１０、基体ステージ１０上に回転自在に配設される回転ステージ２０、回転ステージ２０上にＸ，Ｙ方向に自在に移動可能に配設される球体駆動ステージ３０、試料台４２がその表面上方にその表面に平行に取付けられた試料傾斜駆動球体４０などを備える。制御装置７０は、試料台４２を傾斜させる方向角と傾斜角と試料傾斜駆動球体４０の半径とに基づき、球体駆動ステージ３０のＸ，Ｙ方向の移動量を算出し、その算出した移動量だけ球体駆動ステージ３０を移動させ、さらに、試料台４２の傾斜に伴い試料８０の観察対象領域が移動するＸ，Ｙ，Ｚ方向の移動量を算出し、その算出した移動量だけ、その移動方向とは反対方向に、基体ステージ１０を移動させる。【選択図】図１
2011243454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子銃および電子レンズを含んでなる鏡体と、試料を保持する試料ステージと、前記試料ステージを収納する真空試料室と、前記試料ステージの動作を制御する制御装置と、を含んで構成された電子顕微鏡であって、
前記試料ステージは、
前記真空試料室内に配設されて、その室内をＸ軸，Ｙ軸およびＺ軸の各方向に自在に移動する基体ステージと、
前記基体ステージの上面に支持されるとともに、その上面に平行な平面内でＸ軸およびＹ軸の各方向に自在に移動する球体駆動ステージと、
前記球体駆動ステージの上面に載置され、その載置された球体駆動ステージの上面を回転する試料傾斜駆動球体と、
観察対象の前記試料を保持する試料台と、
を含んで構成され、
前記試料傾斜駆動球体は、
前記基体ステージと、前記基体ステージに支持されて前記球体駆動ステージの上方に配設された支持部材と、によって自身の回転中心位置が前記基体ステージの上方の所定の位置に固定されるように保持され、
前記試料台は、
前記試料傾斜駆動球体の表面の外側上方に、自身の上面が前記表面と平行になるように前記試料傾斜駆動球体に固定して配設され、
前記制御装置は、
前記試料台を傾斜させる方向角と傾斜角の入力を受付けたときには、その方向角と傾斜角と前記試料傾斜駆動球体の半径とに基づき、前記球体駆動ステージのＸ軸およびＹ軸の各方向の移動量を算出し、その算出した移動量だけ前記球体駆動ステージを移動させ、
前記試料台を傾斜させたことによる前記試料台に保持された前記試料の観察対象領域部分のＸ軸，Ｙ軸およびＺ軸の各方向の移動量を算出し、その算出した移動量だけ、その移動方向とは反対方向に、前記基体ステージを移動させること
を特徴とする電子顕微鏡。
【請求項２】
前記試料ステージは、さらに、回転ステージを含んで構成され、
前記回転ステージは、
前記基体ステージの上面に、その上面に平行な平面内で回転自在に支持されて配設されるとともに、
前記球体駆動ステージは、
前記回転ステージの上面に、その上面におけるＸ軸およびＹ軸の各方向に移動自在に配設されること
を特徴とする請求項１に記載の電子顕微鏡。
【請求項３】
前記制御装置は、
前記球体駆動ステージを移動させる場合には、前記試料傾斜駆動球体が回転するときに前記球体駆動ステージの上面と接する点の軌跡が直線を描くように、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれの移動速度を調節して前記球体駆動ステージを移動させること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子顕微鏡。
【請求項４】
電子銃および電子レンズを含んでなる鏡体と、試料を保持する試料ステージと、前記試料ステージを収納する真空試料室と、前記試料ステージの動作を制御する制御装置と、を含んで構成された電子顕微鏡における試料ステージであって、
前記真空試料室内に配設されて、その室内をＸ軸，Ｙ軸およびＺ軸の各方向に自在に移動する基体ステージと、
前記基体ステージの上面に支持されるとともに、その上面に平行な平面内でＸ軸およびＹ軸の各方向に自在に移動する球体駆動ステージと、
前記球体駆動ステージの上面に載置され、その載置された球体駆動ステージの上面を回転する試料傾斜駆動球体と、
観察対象の前記試料を保持する試料台と、
を含んで構成され、
前記試料傾斜駆動球体は、
前記基体ステージと、前記基体ステージに支持されて前記球体駆動ステージの上方に配設された支持部材と、によって自身の回転中心位置が前記基体ステージの上方の所定の位置に固定されるように保持され、
前記試料台は、
前記試料傾斜駆動球体の表面の外側上方に、自身の上面が前記表面と平行になるように前記試料傾斜駆動球体に固定して配設され、
前記制御装置が前記試料台を傾斜させる方向角と傾斜角の入力を受付けたときには、
前記球体駆動ステージは、
前記制御装置が前記方向角と前記傾斜角と前記試料傾斜駆動球体の半径とに基づき算出したＸ軸およびＹ軸の各方向への移動量に従って移動し、
その後、前記基体ステージは、
前記制御装置が算出した、前記球体駆動ステージが移動し、前記試料台が傾斜することに伴う前記試料台に保持された前記試料の観察対象領域部分のＸ軸，Ｙ軸およびＺ軸の各方向への移動量と同じ移動量だけ、その移動方向とは反対方向に移動すること
を特徴とする試料ステージ。
【請求項５】
前記試料ステージは、さらに、回転ステージを含んで構成され、
前記回転ステージは、
前記基体ステージの上面に、その上面に平行な平面内で回転自在に支持されて配設されるとともに、
前記球体駆動ステージは、
前記回転ステージの上面に、その上面におけるＸ軸およびＹ軸の各方向に移動自在に配設されること
を特徴とする請求項４に記載の試料ステージ。
【請求項６】
前記球体駆動ステージは、移動する場合には、
前記試料傾斜駆動球体が回転するときに自身の上面と接する点の軌跡が直線を描くように、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれの移動速度を調節して移動すること
を特徴とする請求項４または請求項５に記載の試料ステージ。
【請求項７】
電子銃および電子レンズを含んでなる鏡体と、試料を保持する試料ステージと、前記試料ステージを収納する真空試料室と、前記試料ステージの動作を制御する制御装置と、を含んで構成された電子顕微鏡における試料ステージの制御方法であって、
前記試料ステージは、
前記真空試料室内に配設されて、その室内をＸ軸，Ｙ軸およびＺ軸の各方向に自在に移動する基体ステージと、
前記基体ステージの上面に支持されるとともに、その上面に平行な平面内でＸ軸およびＹ軸の各方向に自在に移動する球体駆動ステージと、
前記球体駆動ステージの上面に載置され、その載置された球体駆動ステージの上面を回転する試料傾斜駆動球体と、
観察対象の前記試料を保持する試料台と、
を含んで構成され、
前記試料傾斜駆動球体は、
前記基体ステージと、前記基体ステージに支持されて前記球体駆動ステージの上方に配設された支持部材と、によって自身の回転中心位置が前記基体ステージの上方の所定の位置に固定されるように保持され、
前記試料台は、
前記試料傾斜駆動球体の表面の外側上方に、自身の上面が前記表面と平行になるように前記試料傾斜駆動球体に固定して配設され、
前記制御装置は、
前記試料台を傾斜させる方向角と傾斜角の入力を受付けたときには、その方向角と傾斜角と前記試料傾斜駆動球体の半径とに基づき、前記球体駆動ステージのＸ軸およびＹ軸の各方向の移動量を算出し、その算出した移動量だけ前記球体駆動ステージを移動させ、
前記試料台を傾斜させたことによる前記試料台に保持された前記試料の観察対象領域部分のＸ軸，Ｙ軸およびＺ軸の各方向の移動量を算出し、その算出した移動量だけ、その移動方向とは反対方向に、前記基体ステージを移動させること
を特徴とする試料ステージの制御方法。
【請求項８】
前記試料ステージは、さらに、回転ステージを含んで構成され、
前記回転ステージは、
前記基体ステージの上面に、その上面に平行な平面内で回転自在に支持されて配設されるとともに、
前記球体駆動ステージは、
前記回転ステージの上面に、その上面におけるＸ軸およびＹ軸の各方向に移動自在に配設されること
を特徴とする請求項７に記載の試料ステージの制御方法。
【請求項９】
前記制御装置は、
前記球体駆動ステージを移動させる場合には、前記試料傾斜駆動球体が回転するときに前記球体駆動ステージの上面と接する点の軌跡が直線を描くように、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれの移動速度を調節して前記球体駆動ステージを移動させること
を特徴とする請求項７または請求項８に記載の試料ステージの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料台をユーセントリックに傾斜させることが可能な電子顕微鏡、試料ステージおよび試料ステージの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）などの電子顕微鏡で試料表面の凹凸を詳しく観察する場合には、しばしば、その試料を傾斜させて、斜め上方からの視点で観察する。その場合に、試料を傾斜させると、観察対象部分が視野から外れてしまったり、焦点がぼけてしまったりすることがある。そこで、近年の多くの電子顕微鏡の試料ステージには、試料をユーセントリックに傾斜させる機能が設けられており、試料を傾斜させても、観察対象部分が視野から外れたり、焦点がぼけたりすることが防止されている。
なお、ユーセントリックとは、電子顕微鏡などにおいて、試料を傾斜させたり回転したりしても、観察対象部分が視野から外れたり、焦点がぼけたりしないことをいう。
【０００３】
特許文献１には、電子顕微鏡などで一般的に用いられているユーセントリック試料ステージの例が開示されている。特許文献１によれば、その試料ステージは、試料をＸ，Ｙ，Ｒ（回転）方向に移動自在に保持する保持ステージと、その保持ステージを保持して傾斜させる基体ステージと、により構成されている。そして、その基体ステージは、電子ビームの照射方向に垂直で、かつ、電子ビームの照射軸と交差する直線を中心軸（以下、この中心軸をＣ軸と呼ぶ）とする円筒の側面上に配置されるとともに、その円筒の側面に沿って、Ｃ軸を中心に回転自在に構成されている。そして、前記の保持ステージは、基体ステージの円筒の内側に相当する面上に保持されている。
【０００４】
このような試料ステージでは、保持ステージに保持されている試料の観察対象領域が、Ｃ軸上にあり、かつ、電子ビームの照射軸上にあり、さらに、電子ビームの焦点が合っている場合には、基体ステージをＣ軸の周りで回転させることにより、試料をユーセントリックに傾斜させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２５１４０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されているユーセントリック試料ステージでは、基体ステージが大きな円筒の側面上を回転することになるので、その基体ステージを収納する真空試料室のサイズが大きくなってしまう。あるいは、その真空試料室を小型化した場合には、電子顕微鏡の他の部材、例えば、二次電子検出器などの配置との兼ね合いなどから、基体ステージが回転可能な角度、すなわち、試料を傾斜させることが可能な角度を大きくすることができない。
【０００７】
また、この場合にユーセントリックな傾斜が可能なのは、Ｃ軸に直交する方向だけである。これでは、ユーザは、試料を様々な斜め上方から見た、それぞれ異なった陰影のあるＳＥＭ画像を得ることができない。もちろん、この試料ステージでも、保持ステージを水平に戻した上で、回転させ、再度傾斜させれば、様々な斜め上方から見た試料のＳＥＭ画像を得ることは可能であるが、その分、操作手数は余計に掛かることになる。
【０００８】
そこで、本発明は、試料台を任意の方向に大きな角度でも容易にユーセントリックに傾斜させることが可能な電子顕微鏡、試料ステージおよび試料ステージの制御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】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明に係る電子顕微鏡においては、その試料ステージを、真空試料室内に配設されて、その室内をＸ軸，Ｙ軸およびＺ軸の各方向に自在に移動する基体ステージと、その基体ステージの上面に配設され、その基体ステージの上面に支持されて配設され、その上面に平行な平面のＸ軸およびＹ軸の各方向に自在に移動する球体駆動ステージと、その球体駆動ステージの上面に載置され、その載置された球体駆動ステージの上面を回転する試料傾斜駆動球体と、観察対象の前記試料を保持する試料台と、を含んで構成されている。そして、前記試料傾斜駆動球体は、前記基体ステージと、前記基体ステージに支持されて前記球体駆動ステージの上方に配設された支持部材と、によって自身の回転中心位置が前記基体ステージの上方の所定の位置に固定されるように保持されおり、また、前記試料台は、前記試料傾斜駆動球体の表面の外側上方に、自身の上面が前記表面と平行になるように、その試料傾斜駆動球体に固定して配設されている。
【００１０】
このような電子顕微鏡において、制御装置は、試料台を傾斜させる方向角と傾斜角の入力を受付けたときには、その方向角と傾斜角と前記試料傾斜駆動球体の半径とに基づき、球体駆動ステージのＸ軸およびＹ軸の各方向の移動量を算出し、その算出した移動量だけ前記球体駆動ステージを移動させる。さらに、制御装置は、前記試料台を傾斜させたことによる試料台に保持された試料の観察対象領域部分のＸ軸，Ｙ軸およびＺ軸の各方向の移動量を算出し、その算出した移動量だけ、その移動方向とは反対方向に、基体ステージを移動させる。
【００１１】
すなわち、本発明における試料ステージでは、試料台を傾斜させることにより、試料の観察対象領域部分が移動した移動量と、同じ移動量を、基体ステージが反対方向に移動するので、試料の観察対象領域部分は、元の位置に戻ることになる。すなわち、試料傾斜時のユーセントリック性が実現されることになる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、試料台を任意の方向に大きな角度でも容易にユーセントリックに傾斜させることが可能な電子顕微鏡、試料ステージおよび試料ステージの制御方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る電子顕微鏡の構成の例を示した図。
【図２】試料台がＸ軸に対して傾斜角θで傾斜した場合に必要となるユーセントリック補正移動量を説明するための図。
【図３】試料台が方向角γの方向に傾斜角θで傾斜した場合に必要となるユーセントリック補正移動量を説明するための図。
【図４】本発明の実施形態に係る電子顕微鏡の制御装置で行われるユーセントリックなステージ制御の処理手順の例を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態に係る電子顕微鏡の構成の例を示した図である。図１に示すように、電子顕微鏡１００は、いわゆるＳＥＭであり、電子銃５０ａ、電子レンズ５０ｂなどから構成された鏡体５０と、観察対象の試料８０を保持、移動させる試料ステージ１（試料台４２、球体駆動ステージ３０、基体ステージ１０など）と、その試料ステージ１を収納する真空試料室６０と、鏡体５０および試料ステージを制御して、試料８０の観察像を取得する制御装置７０と、を含んで構成される。
【００１６】
ここで、試料８０は、試料台４２の上面に保持され、その観察対象領域部分には、鏡体５０の電子レンズ５０ｂの対物レンズ部分から出射される電子ビーム５１が照射される。電子ビーム５１が照射された試料８０の表面からは、その表面の材質や形状に応じた二次電子５２が放出される。二次電子検出器５３は、その放出された二次電子５２を検出して、その二次電子５２の検出量を電気信号などに変換し、二次電子検出信号として制御装置７０へ送信する。
【００１７】
制御装置７０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）７１およびメモリ７２を少なくとも含んでなるコンピュータによって構成されるとともに、信号処理部７３、鏡体制御部７４、ステージ制御部７５などを含んでいる。ここで、信号処理部７３は、二次電子検出器５３から送信された二次電子検出信号を受信する。そして、その受信した二次電子検出信号について、鏡体制御部７４から鏡体５０へ出力する電子ビーム５１の走査制御信号などとの同期合わせを行い、試料８０表面の二次元観察像を生成し、生成した二次元観察像をメモリ７２に格納する。ＣＰＵ７１は、メモリ７２に格納された二次元観察像を読み出して表示部７６に表示する。
【００１８】
本実施形態では、試料８０の表面を斜め上方から見た二次元観察像を取得するために、試料８０を保持する試料台４２は、試料傾斜駆動球体４０の表面の法線方向の上方に、その表面と平行（すなわち、球の接平面と平行）になるように支持部材４１を介して取付けられる。つまり、試料台４２は、その上面が、試料傾斜駆動球体４０の中心と試料台４２の中心部とを結ぶ直線と、垂直になるように試料傾斜駆動球体４０上に取付けられる。従って、試料傾斜駆動球体４０が任意の方向に任意の角度回転することによって、試料台４２、つまり、試料８０を任意の方向に任意の傾斜角だけ容易に傾斜させることができる。
【００１９】
ここで、試料傾斜駆動球体４０は、球体駆動Ｘステージ３１の水平な上面に載置され、その上面を滑ることなく自由に転がる、つまり、回転することができる。また、試料台４２は、試料傾斜駆動球体４０と一体となって回転するように構成されている。このとき、試料傾斜駆動球体４０および球体駆動Ｘステージ３１の材料としては、その相互の表面のすべり摩擦が十分に大きいものが選ばれる。その結果、試料傾斜駆動球体４０が球体駆動Ｘステージ３１の上面を転がると、試料台４２は、その転がる方向と距離とに応じて傾斜することになる。
【００２０】
そこで、本実施形態では、試料傾斜駆動球体４０の中心の位置を固定するとともに、球体駆動Ｘステージ３１を任意の水平方向に適当な距離だけ自在に移動可能なように構成する。そうすれば、ユーザは、球体駆動Ｘステージ３１を適当な方向へ適当な距離だけ移動させることによって、試料傾斜駆動球体４０を回転させ、試料台４２を所望の方向に、所望の角度だけ傾斜させることができるようになる。
【００２１】
まず、球体駆動Ｘステージ３１を任意の方向（水平方向）に適当な距離だけ自在に移動可能にする構成について説明する。図１に示すように、球体駆動Ｘステージ３１は、球体駆動Ｙステージ３２の水平な上面にＸ方向に移動自在に配設され、また、球体駆動Ｙステージ３２は、回転ステージ２０の水平な上面にＹ方向に移動自在に配設される。例えば、球体駆動Ｘステージ３１は、球体駆動Ｙステージ３２の上面に設けられたＸ方向のレール上を、そのレールに沿ってＸ方向にのみ移動するステージとして構成され、また、球体駆動Ｙステージ３２は、回転ステージ２０の上面に設けられたＹ方向のレール上を、そのレールに沿ってＹ方向にのみ移動するステージとして構成される。
【００２２】
このように構成された球体駆動Ｘステージ３１および球体駆動Ｙステージ３２は、実質的には一体となって回転ステージ２０の水平な上面をＸ，Ｙ方向に自在に移動するステージであり、本明細書では、以下、これらのステージを纏めて球体駆動ステージ３０と呼ぶ。すなわち、球体駆動ステージ３０は、回転ステージ２０の上面をＸ，Ｙ方向に自在に移動可能になる。
【００２３】
なお、図１において、Ｘ軸方向は、水平方向で、紙面の左から右に向かう方向、Ｙ軸方向は、水平方向で、紙面の表側から裏側に向かう方向、Ｚ軸方向は、垂直方向で、紙面の下側から上側へ向かう方向をいう。また、本明細書では、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向を、それぞれ、単に、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向と略称する。
【００２４】
次に、試料傾斜駆動球体４０の中心の位置を回転ステージ２０上で固定する構成について説明する。その構成は、図１に示すように、球体保持部材２２と、球体保持部材２２を回転ステージ２０に離間させて固定する接続部材２１と、によって実現される。
【００２５】
すなわち、球体保持部材２２は、その中央部に試料傾斜駆動球体４０の直径よりをわずかに小さい直径の開口部を有する板材であり、その開口部の内壁側には、試料傾斜駆動球体４０に接するベアリング２３が設けられている。そして、球体保持部材２２は、その開口部の下側に試料傾斜駆動球体４０を収容するとともに、その収容した試料傾斜駆動球体４０を、球体保持部材２２と球体駆動Ｘステージ３１の上面とにより挟み込むように保持して、試料傾斜駆動球体４０の中心位置を固定する。このとき、球体保持部材２２の開口部の内壁側にはベアリング２３が設けられているので、試料傾斜駆動球体４０は、球体保持部材２２の開口部内で滑らかに回転することができる。
【００２６】
次に、回転ステージ２０は、基体Ｘステージ１１の水平な上面に、その水平面内で回転自在なように配設されている。回転ステージ２０は、通常の電子顕微鏡に一般的に設けられているステージでもある。すなわち、回転ステージ２０は、試料傾斜駆動球体４０および支持部材４１を介して試料台４２が水平に保たれているとき、その試料台４２およびその上面に保持された試料８０を任意の水平方向に回転させる役割を担っている。
【００２７】
なお、本実施形態では、前記の球体保持部材２２は、接続部材２１により回転ステージ２０に取付けられるときには、その開口部の中心が回転ステージ２０の回転軸とほぼ一致するように取付けられるものとする。
【００２８】
次に、試料台４２が水平に保たれた状態で、鏡体５０から照射される電子ビーム５１の焦点位置が試料８０の観察対象領域部分に合わせられているとき、球体駆動ステージ３０を移動させることにより、試料傾斜駆動球体４０を回転させ、試料台４２を傾斜させることを考える。その場合、回転ステージ２０が鏡体５０に対して静止しているときには、試料傾斜駆動球体４０が回転し、試料台４２が傾斜すると、試料８０の観察対象領域部分は、その傾斜に伴って移動するため、電子ビーム５１の焦点位置から外れてしまう。
【００２９】
そこで、本実施形態では、試料傾斜駆動球体４０が回転し、試料台４２が傾斜することによって、試料８０の観察対象領域部分が電子ビーム５１の焦点位置から移動する場合には、その移動量と同じだけ、反対方向に、試料台４２などを搭載した回転ステージ２０全体を移動させ、試料８０の観察対象領域部分を元の位置に戻すようにする。そうすれば、試料台４２が傾斜しても、試料８０の観察対象領域と電子ビーム５１の焦点位置との相対位置関係は変化しないので、そのユーセントリック性が実現される。
【００３０】
なお、この場合に、回転ステージ２０全体を移動させるのは、回転ステージ２０がその上面に配設されている基体Ｘステージ１１である。ここで、基体Ｘステージ１１は、基体Ｙステージ１２の水平な上面にＸ方向に移動自在に配設され、また、基体Ｙステージ１２は、基体Ｚステージ１３の水平な上面にＹ方向に移動自在に配設され、さらに、基体Ｚステージ１３は、真空試料室６０の筐体内壁などにＺ方向に移動自在に配設されている。従って、基体Ｘステージ１１、基体Ｙステージ１２および基体Ｚステージ１３をそれぞれＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に適宜移動させることによって、回転ステージ２０をＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に自在に移動させることができる。
【００３１】
以上のように基体Ｘステージ１１、基体Ｙステージ１２および基体Ｚステージ１３は、実質的には一体となって真空試料室６０の筐体内でＸ，Ｙ，Ｚの各方向に移動するステージであり、本明細書では、以下、これらのステージを纏めて、単に、基体ステージ１０と呼ぶ。すなわち、基体ステージ１０は、真空試料室６０の筐体内をＸ，Ｙ，Ｚの各方向に自在に移動可能なステージである。
【００３２】
この基体ステージ１０は、試料８０傾斜時のユーセントリック性を確保するために新たに設けられたステージではなく、回転ステージ２０と同様に通常の電子顕微鏡に一般的に設けられているステージである。なお、基体ステージ１０は、通常は、試料８０の観察対象領域の位置あわせや焦点合わせに用いられている。
【００３３】
なお、以上に説明した基体ステージ１０など試料ステージ１の駆動は、通常、真空試料室６０の室外に設けられたステージ駆動部６５により行われる。ステージ駆動部６５は、駆動の動力源となるモータや、基体ステージ１０を支持して、移動させる機構部などから構成されている。なお、回転ステージ２０や球体駆動ステージ３０の駆動部が真空試料室６０内のそれぞれのステージ上に配設されことになるが、ここでは、その図示を省略している。
【００３４】
また、以上の説明では、暗黙のうちに、球体駆動ステージ３０が移動するＸ軸方向およびＹ軸方向は、基体ステージ１０が移動するＸ軸方向およびＹ軸方向と同じであると仮定しているが、本実施形態では、回転ステージ２０が存在するので、一般的には、その仮定は成立しない。しかしながら、本実施形態では、回転ステージ２０が回転することは、実質的に想定されていないので、以下の説明でも、球体駆動ステージ３０の移動方向に基づく座標系と、基体ステージ１０の移動方向に基づく座標系は、同じであるとする。なお、両者の座標系が異なる場合については、最後に補足して説明する。
【００３５】
続いて、図２および図３を参照して、試料台４２を傾斜させるとき、そのユーセントリック性を確保するために、基体ステージ１０を移動すべき移動量の計算式について説明する。なお、その移動量のＸ方向，Ｙ方向およびＺ方向の成分を（δＸ，δＹ，δＺ）で表し、以下、ユーセントリック補正移動量と呼ぶ。
【００３６】
図２は、試料台４２がＸ軸に対して傾斜角θで傾斜した場合に必要となるユーセントリック補正移動量を説明するための図である。ここでは、図２に示すように、試料傾斜駆動球体４０が球体駆動Ｘステージ３１の上面と接する点を原点Ｏとする。そして、その原点Ｏを通り、球体駆動Ｘステージ３１の上面に含まれ、かつ、球体駆動Ｘステージ３１の移動方向に平行な直線（矢印付き実線で表示）をＸ軸とする。また、原点Ｏおよび試料傾斜駆動球体４０の中心Ｑを通り、Ｘ軸に垂直な直線（矢印付き一点鎖線で表示）をＺ軸とする。また、球体駆動Ｘステージ３１の上面に含まれ、Ｘ軸に垂直な直線（原点Ｏを通り、紙面の表側から裏側に向かう図示しない直線）をＹ軸とする。
【００３７】
さらに、試料傾斜駆動球体４０に支持部材４１で支持された試料台４２（図示省略）の上面に保持された試料８０の観察対象領域部分の傾斜駆動前の位置を点Ａで表す。また、点Ａから試料傾斜駆動球体４０の中心Ｑまでの距離を記号ａで表し、また、試料傾斜駆動球体４０の半径を記号ｂで表す。
【００３８】
そして、球体駆動Ｘステージ３１をＸ軸の正方向に駆動し、試料台４２を傾斜角θだけ傾けると、観察対象領域の位置は、点Ａから点Ａ’へ移動する。なお、このとき、球体駆動Ｘステージ３１をＸ軸の正方向へ駆動する駆動量ｓは、
ｓ＝−ｂ・θ
によって与えられる。
【００３９】
すなわち、球体駆動Ｘステージ３１をＸ軸の負方向に距離ｓだけ移動させると、試料台４２、つまり、試料８０は、傾斜角θだけ傾くことになる。そして、このときの点Ａ’の座標（ｘ，ｙ，ｚ）は、（ａ・sinθ，０，ｂ＋ａ・cosθ）となる。従って、このとき、点Ａが点Ａ’へ移動する移動量（ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ）は、
（ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ）＝（ａ・sinθ，０，ａ・cosθ−ａ）
で与えられる。
【００４０】
従って、基体ステージ１０のユーセントリック補正移動量（δＸ，δＹ，δＺ）は、
（δＸ，δＹ，δＺ）＝（−ａ・sinθ，０，ａ−ａ・cosθ）
となる。すなわち、試料台４２をＺ軸に対して傾斜角θだけ傾斜させた後、基体ステージ１０をＸ軸の正方向に−ａ・sinθの距離だけ移動させ、Ｚ軸の正方向にａ−ａ・cosθの距離だけ移動させれば、観察対象領域部分の点Ａ’は、元の点Ａへ戻ることになり、観察対象領域部分の傾斜に対するユーセントリック性が確保されることになる。
【００４１】
図３は、試料台４２が方向角γの方向に傾斜角θで傾斜した場合に必要となるユーセントリック補正移動量を説明するための図である。この図３は、簡単にいえば、図２の構成に試料台４２が傾斜する方向を表した方向角γを導入することにより、二次元の説明を三次元の説明に一般化した図である。従って、座標軸のとり方は、図２の場合と同じであるが、図示の仕方は、図２がＹ＝０平面での断面図的表示であったのに対し、図３が斜視図的表示になっている点において異なっている。
【００４２】
この図３において、点Ｐは、点Ａ’のＸ−Ｙ平面（Ｚ＝０平面）上への射影点である。このとき、方向角γは、線分ＯＰがＸ軸となす角として定義される。また、傾斜角θは、線分ＱＡ’がＺ軸となす角に相当する。従って、線分ＯＰの長さは、ａ・sinθで与えられるので、点Ｐの座標（ｘ，ｙ）は、
（ｘ，ｙ）＝（ａ・sinθ・cosγ，ａ・sinθ・sinγ）
となる。
【００４３】
従って、図３の場合、試料８０の観察対象領域部分が点Ａ（図３では図示省略）から点Ａ’へ移動する移動量（ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ）は、
（ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ）＝
（ａ・sinθ・cosγ，ａ・sinθ・sinγ，ａ・cosθ−ａ）
で与えられる。よって、基体ステージ１０のユーセントリック補正移動量（δＸ，δＹ，δＺ）は、
（δＸ，δＹ，δＺ）＝
（−ａ・sinθ・cosγ，−ａ・sinθ・sinγ，ａ−ａ・cosθ）
となる。
【００４４】
また、この場合、球体駆動ステージ３０の駆動量ｓは、図２の場合と同じく
ｓ＝−ｂ・θ
によって与えられ、そのそれぞれのＸ方向成分ｓｘおよびＹ方向成分ｓｙは、
（ｓｘ,ｓｙ）＝（−ｂ・θ・cosγ，−ｂ・θ・sinγ）
となる。
【００４５】
こうして、球体駆動ステージ３０の駆動距離ｓが与えられるが、この場合に注意すべきことは、球体駆動ステージ３０の球体駆動Ｘステージ３１および球体駆動Ｙステージ３２を駆動するときには、試料傾斜駆動球体４０が球体駆動Ｘステージ３１の上面を回転するときの接点の軌跡が直線になるようにしなければならないことである。そうしなければ、先に求めた駆動量ｓ（ｓｘ,ｓｙ）を用いることによって、試料８０の観察対象領域部分を点Ａ’へ正しく移動させることはできない。
【００４６】
試料傾斜駆動球体４０が球体駆動Ｘステージ３１の上面を転がるときの接点の軌跡が直線になるようにするためには、球体駆動Ｘステージ３１の移動速度と球体駆動Ｙステージ３２の移動速度との比が常に一定であることが必要である。そこで、本実施形態では、そのそれぞれの目標速度を（Ｖｘ，Ｖｙ）としたとき、
（Ｖｘ，Ｖｙ）＝（−ｂ・θ・cosγ／Δｔ，−ｂ・θ・sinγ／Δｔ）
で与えられる移動速度で、球体駆動Ｘステージ３１および球体駆動Ｙステージ３２を駆動する。
【００４７】
ここで、Δｔは、（Ｖｘ，Ｖｙ）を算出する前に設定しておくべき数値である。ここでは、例えば、Ｖａを球体駆動Ｘステージ３１および球体駆動Ｙステージ３２の平均的に採り得る最大速度であるとしたとき、Δｔは、ｂ・θ・cosγ／Ｖａ，ｂ・θ・sinγ／Ｖａのうち、大きいほうの値であるとする。
【００４８】
図４は、本発明の実施形態に係る電子顕微鏡１００の制御装置７０で行われるユーセントリックなステージ制御の処理手順の例を示した図である。図１に示したように、制御装置７０のＣＰＵ７１およびステージ制御部７５は、ステージ駆動部６５を介して、基体ステージ１０、回転ステージ２０および球体駆動ステージ３０を駆動する。
【００４９】
まず、ＣＰＵ７１は、図示しないキーボードなどの入力装置から、ユーザが所望する試料８０（試料台４２）の傾斜角θおよび方向角γを取得する（ステップＳ１１）。次に、ＣＰＵ７１は、その取得した傾斜角θおよび方向角γ、ならびに、試料傾斜駆動球体４０の半径ｂに基づき、試料傾斜駆動球体４０が球体駆動Ｘステージ３１の上面を転がる距離ｓ（ｓ＝−ｂ・θ）を算出する（ステップＳ１２）。さらに、ＣＰＵ７１は、その距離ｓおよび方向角γに基づき、球体駆動ステージ３０の移動量（Δｘ，Δｙ）を算出する（ステップＳ１３）。ここで、Δｘ＝−ｓ・cosγ，Δｙ＝−ｓ・sinγである。
【００５０】
次に、ＣＰＵ７１は、試料傾斜駆動球体４０が球体駆動Ｘステージ３１の上面を直線的に転がるための球体駆動ステージ３０の目標移動速度（Ｖｘ，Ｖｙ）を算出する（ステップＳ１４）。ここで、Ｖｘ＝−ｓ・cosγ／Δｔ，Ｖｙ＝−ｓ・sinγ／Δｔであり、このとき、Δｔは、例えば、前記したように、ｂ・θ・cosγ／Ｖａ，ｂ・θ・sinγ／Ｖａのうち、大きいほうの値であるとする。
【００５１】
次に、ＣＰＵ７１は、ステージ制御部７５を介してステージ駆動部６５に対し、球体駆動ステージ３０を目標移動速度（Ｖｘ，Ｖｙ）で移動量（Δｘ，Δｙ）だけ移動させることを指示する（ステップＳ１５）。ステージ駆動部６５は、この指示に基づき、球体駆動ステージ３０を移動させ、その結果、試料８０（試料台４２）は、方向角γの方向に、傾斜角θで傾斜する。
【００５２】
次に、ＣＰＵ７１は、球体駆動ステージ３０の移動に基づく試料８０の観察対象領域部分の移動量（ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ）を算出する（ステップＳ１６）。ここで、
ΔＸ＝ａ・sinθ・cosγ，ΔＹ＝ａ・sinθ・sinγ，ΔＺ＝ａ・cosθ−ａ
である。
【００５３】
次に、ＣＰＵ７１は、ステージ駆動部６５に対し、基体ステージ１０を移動量（−ΔＸ，−ΔＹ，−ΔＺ）だけ移動させることを指示する（ステップＳ１７）。この指示に基づき、ステージ駆動部６５は、基体ステージ１０を移動量（−ΔＸ，−ΔＹ，−ΔＺ）だけ移動させるので、観察対象領域部分は、試料８０（試料台４２）が傾斜駆動される前と同じ位置に戻る。その結果、観察対象領域部分の傾斜に対するユーセントリック性が確保されることになる。
【００５４】
なお、以上の図３および図４を用いた説明では、基体ステージ１０のユーセントリック補正移動量（δＸ，δＹ，δＺ）を、球体駆動ステージ３０における座標軸に基づき算出している。従って、基体ステージ１０の移動方向に基づくＸＹ座標系が球体駆動ステージ３０に基づくＸＹ座標系を、任意の角度β、回転したものである場合には、基体ステージ１０のユーセントリック補正移動量（δＸ，δＹ，δＺ）は、基体駆動ステージ１０に基づくＸＹ座標系で算出する必要がある。
【００５５】
そこで、基体ステージ１０によるＸＹ座標系が球体駆動ステージ３０によるＸＹ座標系を角度βだけ回転したものであるとする。その場合には、図３における点Ａ’の射影点である点Ｐの座標（ｘ’，ｙ’）を、基体ステージ１０によるＸＹ座標系で表すと、
（ｘ’，ｙ’）＝（ａ・sinθ・cos（γ−β），ａ・sinθ・sin（γ−β））
となる。
従って、基体ステージ１０におけるＸＹ座標系に基づいたユーセントリック補正移動量（δＸ，δＹ，δＺ）のδＸおよびδＹは、
δＸ＝−ａ・sinθ・cos（γ−β）
δＹ＝−ａ・sinθ・sin（γ−β）
として、簡単に求めることができる。
【００５６】
以上、本実施形態によれば、従来から用いられている基体ステージ１０および回転ステージ２０の上に、球体駆動ステージ３０および試料傾斜駆動球体４０を設けることによって、試料台４２、つまり、試料８０を任意の方向角γの方向に、任意の傾斜角θに傾斜させることが可能になった。また、その傾斜に伴う試料８０の観察対象領域の位置移動を、基体ステージ１０の移動によってキャンセルすることができるので、試料台４２を傾斜したときのユーセントリック性を実現することができる。
【００５７】
また、本実施形態では、方向角γは、０〜３６０度の任意の角度が許容される。一方、傾斜角θは、任意といっても、支持部材４１を試料傾斜駆動球体４０の中心を通る水平面よりわずかに上側に配設して、その試料傾斜駆動球体４０を保持する必要があるため、その最大傾斜角は８０度程度に制約される。しかしながら、８０度は、実用上十分大きな傾斜角であり、とくに問題ない。
【００５８】
また、特許文献１に記載されているユーセントリックステージでは、ユーセントリックに試料を傾斜させるステージが、試料をＸ，Ｙ，Ｚ方向へ移動させる一般的な移動ステージを保持している構成である。これに対し、本実施形態では、試料８０（試料台４２）を傾斜させるステージ（球体駆動ステージ３０、試料傾斜駆動球体４０など）が、試料８０をＲ，Ｘ，Ｙ，Ｚ方向へ移動させる一般的なステージ（基体ステージ１０）に保持される構成となっている。しかも、試料８０傾斜時のユーセントリック性は、その基体ステージ１０を利用することによって実現されている。従って、本実施形態における試料ステージ１のほうが、特許文献１に記載されているユーセントリックステージよりも、そのステージサイズを小型化することが容易である。よって、真空試料室６０のサイズを小型化することができる。
【００５９】
以上に説明した実施形態は、ＳＥＭなどの電子顕微鏡１００およびその電子顕微鏡１００で用いられる試料ステージ１に関するものであるが、その説明は、イオンビーム加工装置（ＦＩＢ（Focused Ion Beam）加工装置）にも、ほとんど同様に適用可能であり、従って、本発明は、イオンビーム加工装置およびその試料ステージにも適用される。
【符号の説明】
【００６０】
１      試料ステージ
１０    基体ステージ
１１    基体Ｘステージ
１２    基体Ｙステージ
１３    基体Ｚステージ
２０    回転ステージ
２１    接続部材
２２    球体保持部材
２３    ベアリング
３０    球体駆動ステージ
３１    球体駆動Ｘステージ
３２    球体駆動Ｙステージ
４０    試料傾斜駆動球体
４１    支持部材
４２    試料台
５０    鏡体
５０ａ  電子銃
５０ｂ  電子レンズ
５１    電子ビーム
５２    二次電子
５３    二次電子検出器
６０    真空試料室
６５    ステージ駆動部
７０    制御装置
７１    ＣＰＵ
７２    メモリ
７３    信号処理部
７４    鏡体制御部
７５    ステージ制御部
７６    表示部
８０    試料
１００  電子顕微鏡
【図１】
2011243454.tif 000003
【図２】
2011243454.tif 000004
【図３】
2011243454.tif 000005
【図４】
2011243454.tif 000006