(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に薄板状の試料を載置して保持する試料ホルダと、該試料ホルダを着脱可能に支持するベースとを備えた試料保持機構であって、
前記試料ホルダと前記ベースとの間には、前記試料ホルダを前記ベースに対して回転可能に支持する回転支持部と、
前記試料ホルダを前記ベースに対して、前記回転支持部の回転中心から所定のＸ方向に向って摺動可能に支持するスライド支持部と、
前記試料ホルダを前記ベースに対して、前記Ｘ方向及び前記Ｘ方向に直交するＹ方向に摺動可能に支持する少なくとも一つの当接支持部とが、それぞれ着脱可能に設けられ、
前記試料ホルダの前記上面には、前記回転支持部の前記回転中心から前記Ｙ方向に沿って配置され、前記試料の一辺に当接して前記試料を前記Ｘ方向に位置決めするＸ方向位置決め部材と、
前記回転支持部の前記回転中心から前記Ｘ方向に沿って配置され、前記試料の前記一辺と隣り合う他辺に当接して前記試料を前記Ｙ方向に位置決めするＹ方向位置決め部材とが設けられていることを特徴とする試料保持機構。
【請求項２】
請求項１に記載の試料保持機構において、
前記試料ホルダの下面と前記ベースの上面のいずれか一方には、前記回転支持部、前記スライド支持部及び前記当接支持部のそれぞれと対応する位置で、凸部が突出して設けられているとともに、
前記試料ホルダの下面と前記ベースの上面の他方には、前記回転支持部と対応する位置で前記凸部に対して回転可能に嵌合する嵌合凹部が、前記スライド支持部と対応する位置で前記凸部に対して前記Ｘ方向に摺動可能に嵌合する嵌合溝が、さらに、前記当接支持部と対応する位置で前記凸部に当接する当接面が、それぞれ形成されており、
前記回転支持部は前記嵌合凹部及び対応する前記凸部で、前記スライド支持部は前記嵌合溝及び対応する前記凸部で、前記当接支持部は前記当接面及び対応する前記凸部で、それぞれ構成されていることを特徴とする試料保持機構。
【請求項３】
請求項２に記載の試料保持機構において、
前記回転支持部、前記スライド支持部、及び前記当接支持部のそれぞれの前記凸部の表面形状は、球面に形成されているとともに、
前記回転支持部の前記嵌合凹部は、前記凸部に嵌合可能な円錐状に形成され、
前記スライド支持部の前記嵌合溝は、前記凸部に嵌合可能な断面Ｖ字状に形成されていることを特徴とする試料保持機構。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の試料保持機構において、
前記ベースの前記上面には、前記凸部が四箇所に正方状に配置されているとともに、
前記試料ホルダの前記下面には、前記凸部と対応して、一つの前記嵌合凹部、一つの前記嵌合溝及び二つの前記当接面が正方状に配置されていることを特徴とする試料保持機構。
【請求項５】
請求項４に記載の試料保持機構において、
前記ベースの前記凸部が正方状に配置された中心には、上下方向に進退して前記ベースに支持された前記試料ホルダを押し上げるとともに、押し上げた前記試料ホルダを前記ベースに対して垂直な軸回りに回転させることが可能な昇降・回転手段が設けられていることを特徴とする試料保持機構。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の試料保持機構を備えた試料加工・観察装置であって、
前記試料保持機構が収容された試料室と、
該試料室の内部に配置された前記試料保持機構を水平方向に移動させる二軸ステージと、
前記試料保持機構の前記試料ホルダに保持された前記試料の加工・観察を行う加工・観察手段を備えていることを特徴とする試料加工・観察装置。
【請求項７】
請求項６に記載の試料加工・観察装置において、
前記加工・観察手段は、前記試料に荷電粒子ビームを照射可能な鏡筒であることを特徴とする試料加工・観察装置。
【請求項８】
請求項６に記載の試料加工・観察装置において、
前記加工・観察手段は、前記試料の表面を走査可能なプローブであることを特徴とする試料加工・観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄板状の試料を位置決め、保持する試料保持機構、及び、試料保持機構を備え、試料の加工、観察を行う試料加工・観察装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、液晶などのフラットパネルディスプレイの製造や半導体製造の露光工程において使用されるフォトマスクは、集束イオンビーム装置などによって修正が行われてきた。このようなフォトマスク、あるいはフォトマスクによってパターニングされる基板などの試料を正確に加工、観察するには、集束イオンビーム装置などの装置内部において試料を正確に位置決めする必要があるとともに、装置内外の温度変化などによる試料の収縮、膨張の影響を解消する必要がある。このような問題に対応するべく、例えば、試料である基板にパターニングする露光装置として、外部から装置内に搬送される経路にあるプリアライメント室において、プリアライメント室の雰囲気を昇温する手段を備えたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。そして、このような露光装置によれば、プリアライメント室において、基板をプリアライメントする工程の間に、昇温手段によって基板を昇温させておくことができる。このため、装置内の雰囲気を真空状態にする際に、気体の断熱膨張によって基板の温度が変化したとしても、外気温と等しい温度となるように調整し、基板の歪みを解消することができ、また温度調整に係る時間を別途設ける必要が無いとされている。
【特許文献１】特開２００５−３２９０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、同一の大きさを有する試料のみを搬送する場合には、上記のように一定の規格を有する搬送システムによって試料を直接搬送することが可能であるが、様々な大きさの試料に対応するには、同一の搬送条件となるように試料ホルダで保持させる必要がある。また、例えば、フォトマスクのような薄板状の試料を外部と装置内部との間で搬送する際には、試料の撓みを防止し、また、正確に位置決めさせるために、試料ホルダに保持させて試料を搬送する必要がある。試料ホルダは試料を保持する必要性から、剛性の高い、例えば金属材料などで形成されるので、試料と比較して熱膨張率が高く、温度変化による歪みが大きい。また、熱容量が大きく、周囲の温度環境と熱的に平衡となるのに時間を要する。このため、特許文献１のように、プリアライメントする工程の間のみで温度調整をしたとしても、熱容量の大きな試料ホルダを熱的に平衡とすることはできない。すなわち、装置内部において試料ホルダが温度変化によって膨張、収縮し、試料ホルダに保持されている試料の位置が変化（ドリフト）してしまい、正確な加工及び観察を行うことができなくなってしまう問題があった。
【０００４】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、温度変化によって膨張、収縮したとしても保持している試料の位置を変化させること無く、正確に位置決め、保持することが可能な試料保持機構、及び、この試料保持機構を備えた試料加工・観察装置に提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明は、上面に薄板状の試料を載置して保持する試料ホルダと、該試料ホルダを着脱可能に支持するベースとを備えた試料保持機構であって、前記試料ホルダと前記ベースとの間には、前記試料ホルダを前記ベースに対して回転可能に支持する回転支持部と、前記試料ホルダを前記ベースに対して、前記回転支持部の回転中心から所定のＸ方向に向って摺動可能に支持するスライド支持部と、前記試料ホルダを前記ベースに対して、前記Ｘ方向及び前記Ｘ方向に直交するＹ方向に摺動可能に支持する少なくとも一つの当接支持部とが、それぞれ着脱可能に設けられ、前記試料ホルダの前記上面には、前記回転支持部の前記回転中心から前記Ｙ方向に沿って配置され、前記試料の一辺に当接して前記試料を前記Ｘ方向に位置決めするＸ方向位置決め部材と、前記回転支持部の前記回転中心から前記Ｘ方向に沿って配置され、前記試料の前記一辺と隣り合う他辺に当接して前記試料を前記Ｙ方向に位置決めするＹ方向位置決め部材とが設けられていることを特徴としている。
【０００６】
この発明に係る試料保持機構によれば、試料の一辺をＸ方向位置決め部材に当接し、他辺をＹ方向位置決め部材に当接することで、試料を、ベースから離脱した試料ホルダの上面に位置決めして、搬送することができる。そして、この状態で所定の位置に設けられたベースに試料ホルダを装着する。試料ホルダは、ベースに対して、回転支持部、スライド支持部及び当接支持部の少なくとも三点で支持されることによって、確実にベースに支持された状態となる。また、回転支持部によってＸ方向及びＹ方向の移動が規制され、スライド支持部によってベースに垂直な軸回りの回転が規制されているので、試料ホルダはベースに位置決めされた状態となる。ここで、ベースに試料ホルダが装着された状態においては、試料ホルダのＸ方向位置決め部材は回転支持部の回転中心からＹ方向に沿って配置され、Ｙ方向位置決め部材は回転支持部の回転中心からＹ方向に沿って配置されている。このため、試料は、ベースに試料ホルダが装着された状態においては、一辺がＹ方向に沿って配置され、他辺がＸ方向に沿って配置されるとともに、一辺と他辺との交点が回転支持部の回転中心と平面視略等しくなる位置で位置決めされた状態となる。
【０００７】
また、試料ホルダを搬送する際、さらに試料ホルダをベースに装着した直後には、その周辺環境の変化によって、試料ホルダの温度が変化して、試料ホルダ自身が膨張あるいは収縮する。試料ホルダは、ベースに対して、回転支持部によって回転可能に支持されている。さらに、スライド支持部によって回転支持部の回転中心からＸ方向に摺動可能に支持されていて、また、当接支持部によってＸ方向及びＹ方向に摺動可能に支持されている。このため、試料ホルダは、温度変化に伴い、反力が作用すること無く、回転支持部を中心として自由に変形することができる。また、試料ホルダの上面に設けられたＸ方向位置決め部材及びＹ方向位置決め部材も、回転支持部の回転中心に向ってそれぞれ、Ｙ方向及びＸ方向に変位する。すなわち、試料ホルダが温度変化によって膨張あるいは収縮したとしても、Ｘ方向位置決め部材及びＹ方向位置決め部材は、それぞれ当接している試料の一辺及び他辺に対して摺動するだけである。このため、試料は、一辺がＹ方向に平行で、他辺がＸ方向に平行であるとともに、一辺と他辺との交点が回転支持部の回転中心と平面視略等しくなる位置を、常に保つことができる。
【０００８】
また、上記の試料保持機構において、前記試料ホルダの下面と前記ベースの上面のいずれか一方には、前記回転支持部、前記スライド支持部及び前記当接支持部のそれぞれと対応する位置で、凸部が突出して設けられているとともに、前記試料ホルダの下面と前記ベースの上面の他方には、前記回転支持部と対応する位置で前記凸部に対して回転可能に嵌合する嵌合凹部が、前記スライド支持部と対応する位置で前記凸部に対して前記Ｘ方向に摺動可能に嵌合する嵌合溝が、さらに、前記当接支持部と対応する位置で前記凸部に当接する当接面が、それぞれ形成されており、前記回転支持部は前記嵌合凹部及び対応する前記凸部で、前記スライド支持部は前記嵌合溝及び対応する前記凸部で、前記当接支持部は前記当接面及び対応する前記凸部で、それぞれ構成されていることがより好ましいとされている。
【０００９】
この発明に係る試料保持機構によれば、回転支持部を構成する凸部と嵌合凹部とを嵌合させ、スライド支持部を構成する凸部と嵌合溝とを嵌合させ、さらに、当接支持部を構成する凸部と当接面とを当接させることで、試料ホルダは、容易に着脱可能であるとともに、正確に位置決めされた状態でベースに支持される。
【００１０】
さらに、上記の試料保持機構において、前記回転支持部、前記スライド支持部、及び前記当接支持部のそれぞれの前記凸部の表面形状は、球面に形成されているとともに、前記回転支持部の前記嵌合凹部は、前記凸部に嵌合可能な円錐状に形成され、前記スライド支持部の前記嵌合溝は、前記凸部に嵌合可能な断面Ｖ字状に形成されていることがより好ましいとされている。
【００１１】
この発明に係る試料保持機構によれば、凸部の表面形状が球面に形成され、また、対応する嵌合凹部が円錐状に、嵌合溝が断面Ｖ字状に形成されていることで、凸部に対して嵌合凹部及び嵌合溝をより容易に嵌合させることができるとともに、ベースに対して試料ホルダをより正確に位置決めすることができる。
【００１２】
また、上記の試料保持機構において、前記ベースの前記上面には、前記凸部が四箇所に正方状に配置されているとともに、前記試料ホルダの前記下面には、前記凸部と対応して、一つの前記嵌合凹部、一つの前記嵌合溝及び二つの前記当接面が正方状に配置されていることがより好ましいとされている。
【００１３】
この発明に係る試料保持機構によれば、ベースの上面に四つの凸部が正方状に配置されているとともに、試料ホルダの下面に嵌合凹部、嵌合溝及び二つの当接面が対応して正方状に配置されている。このため、嵌合凹部を嵌合させる凸部を選択することで、試料を９０度毎に異なる向きにすることができる。すなわち、試料全体の少なくとも四分の一の範囲について加工、観察可能であるならば、試料の向きを９０度ずつ変えることで、試料全体について加工、観察することができ、試料が大型化しても小さい加工、観察範囲で全体を加工、観察することができる。なお、ベースに凸部が設けられ、試料が保持されている試料ホルダに回転支持部を構成する嵌合凹部が形成されていることで、試料の向きを変えても、回転支持部の回転中心の位置と、試料の一辺と他辺との交点の位置とを、常に平面視略等しい位置にすることができる。このため、温度変化によって試料ホルダが膨張、収縮したとしても、温度変化によって位置が変化しない回転支持部の回転中心を基準点として、常に試料の正確な位置管理を行うことができる。
【００１４】
さらに、上記の試料保持機構において、前記ベースの前記凸部が正方状に配置された中心には、上下方向に進退して前記ベースに支持された前記試料ホルダを押し上げるとともに、押し上げた前記試料ホルダを前記ベースに対して垂直な軸回りに回転させることが可能な昇降・回転手段を備えていることがより好ましいとされている。
【００１５】
この発明に係る試料保持機構によれば、昇降・回転手段によって試料ホルダを押し上げることによって、ベースに対して試料ホルダを容易に離脱させることができる。さらに、この状態で試料ホルダを９０度ずつ回転させて下降することで、試料を９０度ずつ異なる向きとして、試料ホルダをベースに容易に装着することができる。
【００１６】
また、本発明は、上記の試料保持機構を備えた試料加工・観察装置であって、前記試料保持機構が収容された試料室と、該試料室の内部に配置された前記試料保持機構を水平方向に移動させる二軸ステージと、前記試料保持機構の前記試料ホルダに保持された前記試料を加工・観察を行う加工・観察手段を備えていることを特徴としている。
【００１７】
この発明に係る試料加工・観察装置によれば、試料保持機構の試料ホルダで試料を保持して、試料室の内部に搬送し、試料保持機構のベースに装着することで、試料を試料室内部の所定の位置に正確に位置決めすることができる。この際、試料室の外部と内部との温度が異なっている、あるいは試料室の内部を真空状態にすることによる気体の断熱膨張などによって、試料ホルダの温度が変化しても、試料を回転支持部の回転中心を基準とする位置に常に保つことができる。すなわち、回転支持部の回転中心を基準に位置管理を行い、二軸ステージを駆動させることで、加工・観察手段によって試料の所定の位置を正確に加工あるいは観察することができる。
【００１８】
また、上記の試料加工・観察装置において、前記加工・観察手段は、前記試料に荷電粒子ビームを照射可能な鏡筒であることがより好ましいとされている。
この発明に係る試料加工・観察装置によれば、温度変化の影響を受けずに、正確に所定の位置に鏡筒から荷電粒子ビームを照射して、試料を加工することができる。さらに、荷電粒子ビームを照射することによって発生する二次電子等を検出することによって、試料の表面を正確に観察することもできる。
【００１９】
また、上記の試料加工・観察装置において、前記加工・観察手段は、前記試料の表面を走査可能なプローブであるものとしても良い。
この発明に係る試料加工・観察装置によれば、温度変化の影響を受けずに、試料の表面の所定の位置に正確にプローブを走査させることができ、正確な加工を行うことができ、また、正確な観察像を得ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の試料保持機構によれば、ベースに対して試料ホルダを回転支持部、スライド支持部及び当接支持部によって支持し、また、試料ホルダに対して試料をＸ方向位置決め部材及びＹ方向位置決め部材によって位置決めすることで、温度変化によって試料ホルダが膨張、収縮したとしても試料の位置を変化させること無く、試料を正確に位置決め、保持することができる。このため、異なる温度環境下で試料を搬送したとしても、試料ホルダを熱的に平衡にするための設備、あるいは時間を別途必要とすることが無く、省スペース化、省時間化を図り、かつ、正確な試料の位置管理を行うことができる。また、このような試料保持機構を備えた試料加工・観察装置によれば、装置内外の温度変化の影響を受けることが無く、省スペース化、省時間化を図り、かつ、正確な加工、観察を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（第１の実施形態）
図１は、この発明に係る第１の実施形態を示している。図１に示すように、試料加工・観察装置である集束イオンビーム装置（ＦＩＢ）１は、薄板状の試料Ｓに荷電粒子ビームである集束イオンビームＢ１を照射することによって、試料Ｓの表面の加工、観察を行うものである。本実施形態においては、試料Ｓとして、フラットパネルディスプレイの製造や半導体製造の露光工程に使用されるフォトマスクを例に挙げ、所定の位置を加工することでフォトマスクの修正を行う。以下、本実施形態における集束イオンビーム装置１の詳細について説明する。
【００２２】
図１に示すように、集束イオンビーム装置１は、試料Ｓが収容される試料室２と、照射位置Ｂ１において試料Ｓに集束イオンビームＢを照射可能な鏡筒３を備える。試料室２の内部２ａには、試料Ｓを位置決め、保持する試料保持機構２０と、試料保持機構２０を水平面上に移動させる二軸ステージ４とが設けられている。また、試料室２には、開閉可能な仕切りバルブ５が設けられており、ロードロック室６と接続されている。さらに、ロードロック室６には、開閉可能な仕切りバルブ７が設けられており、外部８と接続されている。なお、試料室２及びロードロック室６には、それぞれ図示しない排気手段が設けられており、内部２ａ、６ａを真空雰囲気にすることが可能である。
【００２３】
図１に示すように、試料保持機構２０は、上面２１ａに試料Ｓを載置して保持する試料ホルダ２１と、試料ホルダ２１を着脱可能に支持するベース２２とを備えている。図２及び図３に示すように、ベース２２の上面２２ａには、表面形状が球面に形成された四つの凸部２３が突出して設けられている。これらの凸部２３は、ベース２２が二軸ステージ４に設置された状態において、水平面上の一方向であるＸ方向及びＸ方向と直交するＹ方向に一致するように四箇所に正方状に配置されている。また、図２及び図４に示すように、試料ホルダ２１の下面２１ｂには、凸部２３と対応する位置において、一つの円錐ブロック２４と、一つのＶブロック２５と、二つのフラットブロック２６とが、正方状に配置して設けられている。円錐ブロック２４には、凸部２３に嵌合可能な円錐状に形成された嵌合凹部２４ａが形成されている。また、Ｖブロック２５は、円錐ブロック２４と隣り合う位置に配置され、凸部２３に嵌合可能な断面Ｖ字状の嵌合溝２５ａが形成されている。また、嵌合溝２５ａは、円錐ブロック２４の嵌合凹部２４ａの中心２４ｂに向って延設されている。また、フラットブロック２６は、他の二箇所に配置されており、凸部２３が当接可能な当接面２６ａが形成されている。そして、図２に示すように、円錐ブロック２４の嵌合凹部２４ａに凸部２３の一つが嵌合することで回転支持部２７を構成している。また、Ｖブロック２５の嵌合溝２５ａに凸部２３の他の一つが嵌合することでスライド支持部２８を構成している。さらに、二つのフラットブロック２６のそれぞれの当接面２６ａに他の二つの凸部２３が当接することで二つの当接支持部２９を構成している。
【００２４】
そして、試料ホルダ２１は、これら、一つの回転支持部２７、一つのスライド支持部２８、及び二つの当接支持部２９の四点支持によって、ベース２２に支持されている。なお、図１及び図２に示すように、初期設定においてベース２２に対する試料ホルダ２１の向きは、Ｖブロック２５の嵌合溝２５ａがＸ方向に延設されるように設定されている。そして、この状態において、回転支持部２７は、凸部２３に円錐状の嵌合凹部２４ａが嵌合しているだけなので、着脱可能な状態であり、Ｘ方向及びＹ方向への移動を規制するとともに、ベース２２に対して垂直な軸回りに回転可能としている。また、スライド支持部２８は、凸部２３に断面Ｖ字状の嵌合溝２５ａが嵌合しているだけなので、着脱可能な状態であり、回転を規制するとともに、嵌合溝２５ａが延設されているＸ方向のみに摺動可能である。さらに、当接支持部２９は、凸部２３に当接面２６ａが当接しているだけなので、着脱可能な状態であり、回転可能であるとともに、Ｘ方向及びＹ方向に摺動可能である。
【００２５】
また、図１及び図２に示すように、試料ホルダ２１の上面２１ａには、上面２１ａに載置される試料Ｓを支持する複数の支持ピン３０が突出して設けられている。さらに、試料ホルダ２１の上面２１ａには、試料Ｓの一辺Ｓ１に当接して試料ＳをＸ方向に位置決めする二つのＸ方向位置決めピン３１と、試料Ｓの一辺Ｓ１と隣り合う他辺Ｓ２に当接して試料ＳをＹ方向に位置決めするＹ方向位置決めピン３２とが突出して設けられている。試料ホルダ２１がベース２２に支持された状態において、二つのＸ方向位置決めピン３１は、回転支持部２７の回転中心２７ａからＹ方向に沿って配置されている。また、一つのＹ方向位置決めピン３２は、回転支持部２７の回転中心２７ａからＸ方向に沿って配置されている。すなわち、試料ホルダ２１の上面２１ａに載置された試料Ｓは、一辺Ｓ１がＹ方向に平行に配置され、他辺Ｓ２がＸ方向に平行に配置されるとともに、一辺Ｓ１と他辺Ｓ２との交点Ｓ３が回転支持部２７の回転中心２７ａと平面視略等しくなる位置で位置決めされる。
【００２６】
また、図１に示すように、ベース２２には、上下方向であるＺ方向に設けられたシャフト３３と、シャフト３３をベース２２に対して上下に進退可能に、かつ、シャフト３３の軸回りに回転可能に外嵌する回転直進ガイド３４と、シャフト３３をＺ方向に進退させる直進駆動部３５と、シャフト３３を軸回りに回転させる回転駆動部３６とを有する昇降・回転手段３７が設けられている。シャフト３３は、ベース２２の凸部２３が正方状に配置された中心Ｏに設けられている。
【００２７】
次に、集束イオンビーム装置１及び試料保持機構２０の作用について説明する。図１に示すように、まず、試料保持機構２０の試料ホルダ２１とベース２２とを離脱した状態として、試料ホルダ２１のみ試料室２の外部８に配置して、上面２１ａに試料Ｓを載置する。上述のように、試料Ｓの一辺Ｓ１をＸ方向位置決めピン３１に当接し、他辺Ｓ２をＹ方向位置決めピン３２に当接することで、試料Ｓは、試料ホルダ２１において位置決めされ、保持される。このため、試料ホルダ２１は、試料Ｓとの相対的位置を保持したまま、試料Ｓを撓まないように搬送することができる。まず、仕切りバルブ７を開放して、試料Ｓ及び試料ホルダ２１をロードロック室６の内部６ａまで、図示しない搬送ロボットによって搬送する。次に、仕切りバルブ７を閉鎖して、図示しない排気手段によってロードロック室６の内部６ａを排気し、真空状態とする。この状態で、仕切りバルブ５を開放して、図示しない搬送ロボットによって、試料Ｓ及び試料ホルダ２１を試料室２の内部２ａに搬送する。そして、試料室２の内部２ａにおいて、二軸ステージ４上に設置されたベース２２に試料ホルダ２１を装着する。すなわち、試料ホルダ２１の円錐ブロック２４の嵌合凹部２４ａ及びＶブロック２５の嵌合溝２５ａを、ベース２２の凸部２３のそれぞれに嵌合させ、また、二つのフラットブロック２６の当接面２６ａをベース２２の他の凸部２３のそれぞれに当接させる。
【００２８】
この際、凸部２３の表面形状が球面に形成され、対応する嵌合凹部２４ａが円錐状に、嵌合溝２５ａが断面Ｖ字状に形成されている。このため、搬送ロボットによる試料ホルダ２１の位置設定が多少ずれていたとしても、嵌合凹部２４ａ及び嵌合溝２５ａを容易に凸部２３に嵌合させることができ、また、試料ホルダ２１をベース２２に対して正確に装着することができる。そして、試料ホルダ２１は、嵌合凹部２４ａ及び対応した凸部２３による回転支持部２７と、嵌合溝２５ａ及び対応した凸部２３によるスライド支持部２８と、当接面２６ａ及び対応した凸部２３による二つの当接支持部２９との４点支持によって確実にベース２２に支持された状態とすることができる。また、回転支持部２７によってＸ方向及びＹ方向の移動が規制され、スライド支持部２８によってベース２２に垂直な軸回りの回転が規制されているので、試料ホルダ２１はベース２２に対して位置決めされた状態となる。さらに、上述のように、試料Ｓは、一辺Ｓ１がＹ方向に沿って配置され、他辺Ｓ２がＸ方向に沿って配置されるとともに、交点Ｓ３が回転支持部２７の回転中心２７ａと平面視略等しくなる位置で位置決めされた状態となる。すなわち、試料ホルダ２１に保持された試料Ｓは、試料ホルダ２１をベース２２に装着することで、回転支持部２７の回転中心２７ａに位置する交点Ｓ３を基準点Ｐ１として正確に位置管理することができるようになる。
【００２９】
そして、試料ホルダ２１の装着が完了したならば、次に、図示しない排気手段によって試料室２の内部２ａを排気して、さらに高真空状態となるようにする。そして、図１及び図２に示すように、この状態で鏡筒３によって集束イオンビームＢを試料Ｓに照射して、試料Ｓの加工を行う。基準点Ｐ１を基準とする位置情報に基づいて二軸ステージ４を駆動させることで、照射位置Ｂ１が所定の加工位置となるように正確に位置調整することができる。
【００３０】
ここで、集束イオンビーム装置１が具備している図示しないモータ等から発生する熱や、試料室２の内部２ａを真空状態にするときの気体の断熱膨張などによって、試料室２の内部２ａと、外部８との温度環境は異なっている。このため、試料ホルダ２１を外部８から試料室２の内部２ａへ搬送する際、また、試料ホルダ２１をベース２２に装着した直後において、試料室２の内部２ａの温度環境と熱的に平衡となるまで試料ホルダ２１の温度は変化して、試料ホルダ２１自身が膨張あるいは収縮する。この際、試料ホルダ２１は、ベース２２に対して、回転支持部２７によって回転可能に支持されている。また、スライド支持部２８によって回転支持部２７の回転中心２７ａからＸ方向に摺動可能に支持されている。さらに、当接支持部２９によってＸ方向及びＹ方向に摺動可能に支持されている。このため、試料ホルダ２１は、温度変化に伴い、反力が作用すること無く、回転支持部２７を中心として自由に変形することができる。
【００３１】
また、試料ホルダ２１の上面２１ａに設けられたＸ方向位置決めピン３１及びＹ方向位置決めピン３２も、回転支持部２７の回転中心２７ａに向ってそれぞれ、Ｙ方向及びＸ方向に変位する。すなわち、試料ホルダ２１が温度変化によって膨張あるいは収縮したとしても、Ｘ方向位置決めピン３１及びＹ方向位置決めピン３２は、それぞれ当接している試料Ｓの一辺Ｓ１及び他辺Ｓ２に対して摺動するだけなので、試料Ｓは、一辺Ｓ１がＹ方向に平行で、他辺Ｓ２がＸ方向に平行であるとともに、一辺Ｓ１と他辺Ｓ２との交点Ｓ３が回転支持部２７の回転中心２７ａと視略等しくなる位置を、常に保つことができる。このため、この集束イオンビーム装置１においては、試料ホルダ２１が温度変化によって膨張あるいは収縮したとしても、試料Ｓの交点Ｓ３を基準点Ｐ１として、正確に位置管理を行い、また、試料の位置が変化してしまうドリフトなどの現象を発生させずに正確に試料Ｓの加工を行うことができる。
【００３２】
なお、図２に示すように、一回目の工程として、二軸ステージ４によって試料Ｓの全体に対して、四分の一のより若干大きい範囲である範囲Ａ１について試料Ｓを移動させて、加工を行う。そして、範囲Ａ１についてすべての加工が完了したら試料Ｓを９０度回転させる。すなわち、図５に示すように、昇降・回転手段３７の直進駆動部３５を駆動させ、シャフト３３を上方へ移動させる。そして、シャフト３３の上端部に設けられた支持板３３ａを試料ホルダ２１の下面２１ｂに当接させて、試料ホルダ２１を押し上げ、ベース２２から離脱させる。次に、回転駆動部３６を駆動させて、シャフト３３を中心Ｏにおいて右回りに９０度回転させる。そして、再度直進駆動部３５を駆動させて、シャフト３３を下降させる。四つの凸部２３は、ベース２２の上面２２ａに正方状に配置されており、その中心Ｏにシャフト３３が設けられている。また、凸部２３と対応する嵌合凹部２４ａ、嵌合溝２５ａ及び当接面２６ａも対応して正方状に配置されている。このため、図６に示すように、昇降・回転手段３７のシャフト３３によって試料ホルダ２１を９０度回転して、下降させることによって、試料ホルダ２１の嵌合凹部２４ａ、嵌合溝２５ａ及び当接面２６ａは、それぞれ、異なる凸部２３と嵌合及び当接して、位置決めされた状態となる。
【００３３】
なお、この際、試料ホルダ２１に回転支持部２７を構成する嵌合凹部２４ａが形成されていることで、回転支持部２７の回転中心２７ａの位置と、試料Ｓの交点Ｓ３との位置は常に平面視略等しい位置に保つことができる。このため、昇降・回転手段３７によって試料ホルダ２１を回転させたとしても、温度変化による影響を受けて、試料Ｓが変位してしまうことが無く、回転後の試料Ｓの交点Ｓ３の位置を新たな基準点Ｐ２として、試料Ｓの位置管理を行い、範囲Ａ２について正確に試料Ｓの加工を行うことができる。なお、範囲Ａ１を加工する際の基準点Ｐ１であるのに対して、範囲Ａ２を加工する際の基準点Ｐ２であるように、範囲Ａ１と範囲Ａ２とでは基準とする位置が異なってしまうが、両者のＸ方向及びＹ方向の距離を予め測定しておくことで相関性を保つことができる。
【００３４】
図７に示すように、同様にさらに９０度回転することで、基準点Ｐ３を基準として試料Ｓの位置管理を行い、範囲Ａ３の加工を行うことができる。また、さらに９０度回転して、基準点Ｐ４を基準として範囲Ａ４の加工を行うことで、試料Ｓを４つの範囲Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４に分けて試料Ｓ全体の加工を行うことができる。
【００３５】
以上のように、試料保持機構２０によれば、ベース２２に対して試料ホルダ２１を回転支持部２７、スライド支持部２８及び当接支持部２９によって支持し、また、試料ホルダ２１に対して試料ＳをＸ方向位置決めピン３１及びＹ方向位置決めピン３２によって位置決めすることで、温度変化によって試料ホルダ２１が膨張、収縮したとしても試料Ｓの位置を変化させること無く、試料Ｓを正確に位置決め、保持することができる。このため、異なる温度環境下で試料Ｓを搬送したとしても、試料ホルダ２１を熱的に平衡にするための設備、あるいは時間を別途必要とすることが無く、省スペース化、省時間化を図り、かつ、正確な試料の位置管理を行うことができる。また、このような試料保持機構を備えた集束イオンビーム装置１においては、外部８と試料室２の内部２ａの温度変化の影響を受けることが無く、省スペース化、省時間化を図り、かつ、正確な加工を行うことができる。
【００３６】
また、一つの回転支持部２７、一つのスライド支持部２８及び二つの当接支持部２９が正方状に配置されて試料ホルダ２１を着脱可能に支持していることで、試料Ｓ全体の少なくとも四分の一の範囲を加工可能であれば、四回の工程に分けて試料Ｓの全体を加工することができる。このため、二軸ステージ４による移動範囲を縮小し、試料室２及び二軸ステージ４の小型化を図ることができるとともに、近年大型化しているフォトマスクに対応することができる。また、昇降・回転手段３７を備えることで、容易に試料ホルダ２１を回転させて、ベース２２に装着することができる。
【００３７】
図８は、本実施形態における変形例を示すものである。この変形例における集束イオンビーム装置４０は、試料保持機構２０を備えるとともに、二次電子検出器４１及び二次イオン検出器４２が集束イオンビームＢの照射位置Ｂ１に向って設けられている。このような集束イオンビーム装置４０においては、試料Ｓに集束イオンビームＢを照射した際に、照射位置Ｂ１から発生する二次電子Ｅの強度を二次電子検出器４１で検出することができ、また、照射位置Ｂ１から発生する二次イオンＩの強度を二次イオン検出器４２で検出することができる。そして、検出された二次電子Ｅの強度、あるいは、二次イオンＩの強度によって、試料Ｓの表面を正確に観察することができる。
【００３８】
なお、本実施形態においては、鏡筒３から荷電粒子ビームとして集束イオンビームＢを照射可能な集束イオンビーム装置１、４０を例に挙げたが、これらに限ることは無く、電子ビームを照射可能な、例えば走査電子顕微鏡においても試料保持機構２０を備えることによって同様の効果を得ることができ、温度変化の影響を受けずに試料の正確な観察像を得ることができる。
【００３９】
（第２の実施形態）
図９は、この発明に係る第２の実施形態を示している。この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００４０】
図９に示すように、試料加工・観察装置である走査型プローブ顕微鏡５０は、試料保持機構２０を備えるとともに、加工・観察手段としてプローブ５１を備える。プローブ５１は、試料室２に固定された支持部５２と、基端部において支持部５２に片持ち梁状に支持されるカンチレバー５３と、カンチレバー５３の先端部において下方に突出する探針５４とを備える。また、カンチレバー５３の上方には、カンチレバー５３の変位を測定する検出部５５が設けられている。そして、二軸ステージ４を駆動させることによって、試料Ｓに対してプローブ５１の探針５４を相対的に走査し、その際のカンチレバー５３の変位を検出部５５で測定することで、試料Ｓの表面を観察することができる。
【００４１】
このような走査型プローブ顕微鏡５０においても、試料保持機構２０を備えることにより、第１の実施形態同様に、温度変化の影響を受けずに試料Ｓを正確に位置決めすることができるので、試料Ｓの表面の正確な観察像を得ることができる。また、探針５４を利用して、試料Ｓの表面を加工することができる。
【００４２】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【００４３】
なお、試料加工・観察装置として、集束イオンビーム装置１、４０、走査電子顕微鏡、及び走査型プローブ顕微鏡５０を例に挙げたが、これらに限るものでは無い。少なくとも、薄板状の試料Ｓを正確に加工、あるいは観察する装置において、試料保持機構２０を備えることで同様の効果を期待することができる。
【００４４】
また、試料保持機構２０において、試料ホルダ２１は、回転支持部２７と、スライド支持部２８と、二つの当接支持部２９との四点支持によって支持されているとしたが、これに限ることは無い。少なくとも、一つの回転支持部２７と、一つのスライド支持部２８と、少なくとも一つの当接支持部との三点で支持されていれば、試料ホルダ２１を確実に支持するとともに、温度変化に伴って回転支持部２７を中心として試料ホルダ２１を自由に変形させることができる。また、回転支持部２７、スライド支持部２８及び当接支持部２９のそれぞれの一方を構成する凸部２３がベース２２に設けられ、他方の嵌合凹部２４ａ、嵌合溝２５ａ及び当接面２６ａが試料ホルダ２１に形成されているとしたが、逆とする構成としても、ベース２２に対して試料ホルダ２１を支持し、温度変化に伴って回転支持部２７を中心として試料ホルダ２１を自由に変形させることができる。
【００４５】
さらに、凸部２３の表面形状は球面に形成され、対応する嵌合凹部２４ａが円錐状に、嵌合溝２５ａが断面Ｖ字状に形成されているものとしたが、これに限るもので無い。例えば、凸部の形状を、嵌合凹部２４ａをなす円錐の頂角及び嵌合溝２５ａの断面をなすＶ字の底角よりも鋭角な頂角を有する円錐としても良い。また、嵌合凹部２４ａとしては、例えば、凸部２３に対して３点当接するものでも良いし、凸部２３と対応する曲率の球面としても良い。また、嵌合溝２５ａも同様に、例えば、凸部２３と対応する曲率の断面円形の溝としても良い。
【００４６】
また、試料ホルダ２１に試料Ｓを位置決めするものとして、二つのＸ方向位置決めピン３１及び一つのＹ方向位置決めピン３２を備えるものとしてが、これに限るものでは無い。例えば、回転支持部の回転中心からＹ方向及びＸ方向に沿って段部が形成されるものとしても良い。少なくとも、一方が試料Ｓの一辺Ｓ１に当接して、一辺Ｓ１をＹ方向と平行とし、他方が試料Ｓの他辺Ｓ２に当接して、他辺をＸ方向と平行とするとともに、一辺Ｓ１と他辺Ｓ２の交点Ｓ３を回転支持部２７の回転中心２７ａと平面視略等しい位置にするものであれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】この発明の第１の実施形態の集束イオンビーム装置の側面図である。
【図２】この発明の第１の実施形態の試料保持機構の平面図である。
【図３】この発明の第１の実施形態のベースの斜視図である。
【図４】この発明の第１の実施形態の試料ホルダの斜視図である。
【図５】この発明の第１の実施形態の集束イオンビーム装置の説明図である。
【図６】この発明の第１の実施形態の試料保持機構の説明図である。
【図７】この発明の第１の実施形態の試料保持機構の説明図である。
【図８】この発明の第１の実施形態の変形例の集束イオンビーム装置の側面図である。
【図９】この発明の第２の実施形態の走査型プローブ顕微鏡の側面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１、４０  集束イオンビーム装置（試料加工・観察装置）
２  試料室
２ａ  内部
３  鏡筒（加工・観察手段）
４  二軸ステージ
２０  試料保持機構
２１  試料ホルダ
２１ａ  上面
２１ｂ  下面
２２  ベース
２２ａ  上面
２３  凸部
２４ａ  嵌合凹部
２５ａ  嵌合溝
２６ａ  当接面
２７  回転支持部
２７ａ  回転中心
２８  スライド支持部
２９  当接支持部
３１  Ｘ方向位置決めピン（Ｘ方向位置決め部材）
３２  Ｙ方向位置決めピン（Ｙ方向位置決め部材）
３６  昇降・回転手段
５０  走査型プローブ顕微鏡（試料加工・観察装置）
５１  プローブ
Ｂ  集束イオンビーム（荷電粒子ビーム）
Ｓ  試料
Ｓ１  一辺
Ｓ２  他辺
Ｓ３  交点
Ｘ  方向
Ｙ  方向
【図１】
0004784931.tif 000002
【図２】
0004784931.tif 000003
【図３】
0004784931.tif 000004
【図４】
0004784931.tif 000005
【図５】
0004784931.tif 000006
【図６】
0004784931.tif 000007
【図７】
0004784931.tif 000008
【図８】
0004784931.tif 000009
【図９】
0004784931.tif 000010