(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子源と、試料を載置し試料位置を調整するステージ装置と、前記荷電粒子源から
放出された荷電粒子を荷電粒子線として前記試料に照射する荷電粒子光学系とを備えた荷
電粒子線装置において、
前記ステージ装置は、サイドエントリ型であり、密着配置され前記試料の位置を調整可
能とする球形支点と球形受けとを有し、
前記球形支点の摺動面、或いは前記球形受けの摺動面は、金属の領域と前記金属よりも
摩擦が小さな部材の領域とを有し、
密着された前記球形支点と前記球形受けとが引き離された状態では、前記金属よりも摩
擦が小さな部材の領域は、前記金属の領域よりも高さが高いことを特徴とする荷電粒子線
装置。
【請求項２】
荷電粒子源と、試料を載置し試料位置を調整するステージ装置と、前記荷電粒子源から
放出された荷電粒子を荷電粒子線として前記試料に照射する荷電粒子光学系とを備えた荷
電粒子線装置において、
前記ステージ装置は、サイドエントリ型であり、密着配置され前記試料の位置を調整可
能とする球形支点と球形受けとを有し、
前記球形支点の摺動面、或いは前記球形受けの摺動面は、金属の領域と前記金属よりも
摩擦が小さな部材の領域とを有し、
前記金属よりも摩擦が小さな部材の領域は、前記金属の領域よりも面積が大きいことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
荷電粒子源と、試料を載置し試料位置を調整するステージ装置と、前記荷電粒子源から
放出された荷電粒子を荷電粒子線として前記試料に照射する荷電粒子光学系とを備えた荷
電粒子線装置において、
前記ステージ装置は、サイドエントリ型であり、密着配置され前記試料の位置を調整可
能とする球形支点と球形受けとを有し、
前記球形支点の摺動面、或いは前記球形受けの摺動面は、金属の領域と前記金属よりも
摩擦が小さな部材の領域とを有し、
前記金属よりも摩擦が小さな部材の領域と前記金属の領域との対が、三対以上存在することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の荷電粒子線装置において、
前記金属よりも摩擦が小さな部材は、フッ素樹脂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乃至３の何れか１項に記載の荷電粒子線装置において、
前記金属の領域は、厚さが３０ミクロンメートル未満の前記金属よりも摩擦係数の小さな部材で覆われていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項５記載の荷電粒子線装置において、
前記金属の領域を覆う前記部材は、ダイヤモンドライクカーボン被膜或いはニッケルメッキ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乃至３の何れか１項に記載の荷電粒子線装置において、
前記球形支点と前記球形受けの摺動面は、真空中に配置されることを特徴とする荷電粒
子線装置。
【請求項８】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の荷電粒子線装置において、
前記球形支点と前記球形受けの摺動面は、大気圧中に配置されることを特徴とする荷電
粒子線装置。
【請求項９】
試料を保持する先端部及び前記先端部を支持する本体部を備えたホルダと、
前記ホルダの前記本体部を覆って配置され、前記ホルダの前記先端部側に配置された球
形支点を備えたステージと、
前記球形支点と密着して配置され摺動により前記試料の位置を調整可能とする球形受け
と、を有し、
前記球形支点の摺動面、或いは前記球形受けの摺動面は、金属の領域と、前記金属より
も摩擦が小さな部材の領域と、を有し、
密着された前記球形支点と前記球形受けとが引き離された状態では、前記金属よりも摩
擦が小さな部材の領域は、前記金属の領域よりも高さが高いことを特徴とするステージ装
置。
【請求項１０】
請求項９記載のステージ装置において、
前記金属よりも摩擦が小さな部材は、フッ素樹脂であることを特徴とするステージ装置
。
【請求項１１】
請求項９記載のステージ装置において、
前記金属の領域は、厚さが３０ミクロンメートル未満の前記金属よりも摩擦係数の小さな部材で覆われていることを特徴とするステージ装置。
【請求項１２】
試料を保持する保持部と、
球形受けと密着配置され摺動により前記試料の位置を調整可能とする球形支点と、を備
え、
前記球形支点の摺動面は、金属の領域と、前記金属よりも摩擦の小さい部材の領域とを
有することを特徴とする試料ホルダ。
【請求項１３】
請求項１２記載の試料ホルダにおいて、
前記球形支点と前記球形受けとが引き離された状態では、前記金属よりも摩擦が小さな
部材の領域は、前記金属の領域よりも高さが高いことを特徴とする試料ホルダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料ホルダ、ステージ装置およびそれを用いた荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子を１００万ボルト以上の電圧で加速する荷電粒子線装置で、１ｎｍ以下の微細構造を試料に加工するときや観察するとき、加工速度が低下したり観察像が暗く像記録時間が長くなることがある。このとき、試料が単一方向に移動する現象（以下、ドリフトと記述する）があると、加工不良が発生したり微細構造記録ができなくなる。ドリフトは、試料を搭載し荷電粒子線の照射位置を位置決めするステージにおいて、その温度分布の時間変化やステージ変形の時間変化によって発生する。
【０００３】
温度分布は、時間が経過すると共にその変化が小さくなるため、装置起動時に十分な暖機運転をすることでドリフトの影響を小さくすることができる。しかし、ステージの変形は、試料に荷電粒子線を当てる位置を調整する度に発生することと、位置調整毎で変形が異なるため、このステージの変形を小さくしなければ微細な加工や詳細な構造の記録ができない。
【０００４】
試料を搭載するステージには、試料の観察範囲の広さからサイドエントリ型ステージが用いられることが多い。このタイプのステージは、ステージ側に凸型球面を備え、荷電粒子線装置側に設置した凹型球面と摺動させることで試料の位置決めに関わる動作をする。ステージの変形は、この摺動面の摩擦と面圧から生じる摩擦力によって発生し、ステージ変形による反力と釣り合っており（ステージは静止している）、摩擦力が大きいとステージの変形量も大きくなる。外力によってこの面圧が変化して摺動面に生じている摩擦力が小さくなることがあると、先のステージ変形による反力と釣り合わなくなり、摩擦力とステージの変形の反力が釣り合うまでステージの変形の大きさが変化し、ステージはドリフトする。
【０００５】
外力としては、主に外部から伝播する振動によってもたらされ、この振動の周期が短いと、摺動面の摩擦力がステージ変形による反力よりも小さくなる時間が短くなり、ステージの変形量の変化も小さくなる（ドリフトが小さくなる）。更に、摺動面の摩擦力が小さくなると、摺動面に発生する力が小さくなってステージの変形量も小さくなるため、摺動面の摩擦力がステージ変形による反力よりも小さくなる時間内にステージの変形の大きさが変化する量も小さくなり、ステージのドリフトも小さくなる。このドリフトを小さくする技術は、例えば特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平４−１２９１５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１は、球形支点（凸型球面）と受け（凹型球面）の押圧力可変にする目的でばねを挿入し、その間に発生する摩擦力（＝摩擦×押圧力）を小さくして試料がドリフトしないようにしていた。しかし、この方法に因ると、試料の位置を調整するために、球体を支点としてステージを首振り運動させた際に押しばねがその押し方向とは直行する方向に力を発生しステージがこの力で変形するため、ばねが外部からの振動でその伸縮方向に振動してばね力が変化することがあると、ステージが変形し試料が振動する恐れがあった。
【０００８】
本発明の目的は、ステージに搭載された試料のドリフトの問題を解決するために球形支点（凸型球面）とその受け（凹型球面）の摺動面に発生する摩擦力を小さくし、ステージを首振り運動（試料位置調整）させた場合であっても、ステージが時間の経過とともに変形しない試料ホルダ、ステージ装置およびそれを用いた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】
【０００９】
上記目的を達成するための一実施形態として、試料を保持する保持部と、
球形受けと密着配置され摺動により前記試料の位置を調整可能とする球形支点と、を備え、
前記球形支点の摺動面は、金属の領域と、前記金属よりも摩擦の小さい部材の領域とを有することを特徴とする試料ホルダとする。
【００１０】
また、試料を保持する先端部及び前記先端部を支持する本体部を備えたホルダと、
前記ホルダの前記本体部を覆って配置され、前記ホルダの前記先端部側に配置された球形支点を備えたステージと、
前記球形支点と密着して配置され摺動により前記試料の位置を調整可能とする球形受けと、を有し、
前記球形支点の摺動面、或いは前記球形受けの摺動面は、金属の領域と、前記金属よりも摩擦が小さな部材の領域と、を有することを特徴とするステージ装置とする。
【００１１】
また、荷電粒子源と、試料を載置し試料位置を調整するステージ装置と、前記荷電粒子源から放出された荷電粒子を荷電粒子線として前記試料に照射する荷電粒子光学系とを備えた荷電粒子線装置において、
前記ステージ装置は、サイドエントリ型であり、密着配置され前記試料の位置を調整可能とする球形支点と球形受けとを有し、
前記球形支点の摺動面、或いは前記球形受けの摺動面は、金属の領域と前記金属よりも摩擦が小さな部材の領域とを有することを特徴とする荷電粒子線装置とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、球形支点とその受け摺動面に発生する摩擦力を小さくし、ステージを首振り運動（試料位置調整）させた場合であっても、ステージが時間の経過とともに変形しない試料ホルダ、ステージ装置およびそれを用いた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】本発明の第１の実施例に係る荷電粒子線装置の全体概略断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係るステージ装置の断面図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係るステージ装置における球形受けの断面斜視図である。
【図４】図３に示す球形受けの構造を説明するための断面図である。
【図５】図４に示す球形受けの製作方法を説明するための断面図であり、（ａ）は切削盤で形成した金属凹面１４３を覆って金属よりも摩擦の小さな凹面部材１４１を形成した状態、（ｂ）は凹面部材１４１の表面を切削盤で目的の高さまで削った状態、（ｃ）は金属凹面１４３上の凹面部材１４１を切削して金属凹面１３９を露出させた状態を示す。
【図６】本発明の第１の実施例に係る荷電粒子線装置における球形受けの他の構造を説明する断面斜視図である。
【図７】本発明の第２の実施例に係るステージ装置を説明するための斜視図である。
【図８】本発明の第２の実施例に係るステージ装置の球形支点の構造を説明するための斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
発明者等は、ステージに搭載された試料がドリフトするとの問題を解決するための方法として、先ず、変形し難い高剛性部材（Ｗ、Ｍｏ等）を用いる方法について検討した。しかしながら、この方法ではステージの重量増が危惧された。そこで次に、球形支点とその受け摺動面に発生する摩擦力を小さくするとの観点で検討を行った。摩擦力を小さくするために、発明者等は、従来技術で使用されていたバネを用いることなく球形支点と球形受けとの摺動面の摩擦を小さくすることとした。即ち、球形支点と球形受けの摺動面において、それぞれ摩擦が異なる領域を設ける構成とした。更に、それぞれの摺動面に発生する応力が異なるように、摺動面の位置をその高さが異なる構成とし、球形支点と球形受けとの摩擦を小さくすることにした。これにより、試料のドリフトが小さくなり、微細構造の観測や加工ができる。また、試料の揺れ（振動）が大きくなることはなく、微細構造の観測や加工ができる。
【００１５】
以下実施例により詳細に説明する。なお、本発明は、ＴＥＭ、ＳＥＭ、ＳＴＥＭ、ＦＩＢ等の電子線やイオン線を用いて微細構造の観察や加工をするためにサイドエントリ型ステージを備える装置に適用することができる。
【実施例１】
【００１６】
本発明の第１の実施例について、図１から図６を用いて説明する。
図１は、本実施例に係る荷電粒子線装置の全体概略断面図である。図１を用いて荷電粒子線装置１０１の動作について説明する。図１において、荷電粒子線装置１０１は、電子銃１０３から放出された荷電粒子１０５を、集束レンズ１０７によって対物レンズ１０９の間に配置されホルダ１１１で保持された試料（図示せず）上に照射する。荷電粒子１０５は、試料を透過するときに強度変調を受け、その強度分布が対物レンズ１０９に取り付けた磁気コイル１１３によって拡大される。さらに、荷電粒子１０５の強度分布は、磁気コイルを備えた中間レンズ１１５と投影レンズ１１７で順次拡大され、蛍光板１１９によってその強度分布が可視光に変換され、試料の状態を観察することができる。ホルダ１１１に保持された試料は、サイドエントリ型のステージ１２１によって荷電粒子１０５の照射位置を変えることで、広範囲の状態分布が観察される。なお、ホルダ１１１は試料が保持される先端部と先端部を支持する本体部からなり、ホルダ１１１の本体部はステージ１２１の内部に配置されている。
【００１７】
図２は、実施例に係るサイドエントリ型のステージ装置の断面図である。図２を用いてホルダ１１１とステージ１２１の動作について説明する。図２において、試料（図示せず）は、ホルダ１１１の先端部に保持され、対物レンズ１０９直下に置かれる。このホルダ１１１は、その軸方向（左右方向：Ｘ方向）の位置が、ネジ１２３の引っ張りとばね１２５の押しによって調整される。ホルダ１１１の軸方向に直交する方向（上下方向：Ｚ方向）の位置は、ホルダ１１１を保持するステージ１２１の一部である球形支点１２７が、荷電粒子線装置１０１に設置されこれと接する球形受け１２９の球形中心について、ネジ１３１の押しとばね１３３の押しによる摺動によって調整される（首振り運動）。
【００１８】
また、ステージ１２１の軸まわり方向（Ｘ軸まわりの回転方向）の位置は、ネジ（図示せず）の押しとばねの押しによる板１３５が回転することによって調整される。試料（図示せず）の位置調整において、ステージ１２１の球形支点１２７が球形受け１２９と摺動するとき、摺動面の摩擦と大気圧がステージ１２１とホルダ１１１を押す力による面圧で、摺動面に沿った摩擦力が発生する。例えば、真空封止用のＯリング１３７の外径が３０ミリメートルであると、大気圧による押し力は７１Ｎになり、球形支点１２７と球形受け１２９の摺動面の摩擦が０．３であると、摩擦力は２１Ｎになる。この力でステージ１２１は、例えば、材料がリン青銅であると、両端で４２ミクロンメートル変形して弓型になり、球形支点１２７付近に２８マイクロストレインのひずみが発生する。このとき、ステージ１２１に外力が掛かることがあると、摺動面の面圧が変化して摺動面に発生する摩擦力が小さくなり、この摩擦力によって変形しているステージ１２１の変形量が徐々に小さくなる。この変化は、ホルダ１１１が搭載する試料の位置を変化させるドリフトとなり、加工不良が発生したり微細構造記録ができなくなる。このドリフトは、ステージ１２１の変形が小さいとドリフトも小さくなることから、本実施例では、球形支点１２７と球形受け１２９の摺動面の摩擦を小さくして、ステージ１２１の変形を小さくすることにした。
【００１９】
図３と図４は、本実施例に係るサイドエントリ型のステージ装置における球形受けの図である。これらの図を用いて球形受け１２９の構造を説明する。図３において、球形受け１２９で、球形支点１２７と接する部分（摺動面）を、球形受け１２９と同一材（金属）のままの凹面１４３の領域と、摩擦が凹面１４３を構成する金属に比べて小さな凹面部材１４１からなる凹面１３９の領域とで構成した。そして、例えば、球形支点１２７の半径が１５ｍｍであるとしたとき、凹面１４３の半径は１５ｍｍ（図４で、凹面中心１４５と凹面１４３の距離）のまま、凹面部材１４１の凹面１３９の凹面の直径は１４．７ｍｍ（図４で、凹面中心１４５と凹面１３９の距離）と、摩擦の小さな面が摩擦の大きな面よりも高くなるようにした。
【００２０】
球形支点１２７がこの球形受け１２９に密着するには、球形支点１２７はまず凹面１３９に先に接触し、凹面部材１４１を圧縮しながら凹面１４３に接触する。そのため、球形支点１２７は、凹面部材１４１からの反力だけ凹面１４３に掛かる力が小さくなって面圧が下がることになる。例えば、凹面１４３の摩擦が０．３、凹面１３９の摩擦が０．１５とする。大気圧によるステージ１２１の押し力が７１Ｎで、凹面１３９の反力が４１Ｎ、凹面１４３に掛かる力が３０Ｎであるとすると、球形支点１２７と球形受け１２９の摺動面に発生する摩擦力は１５．１５Ｎとなり、凹面１４３だけで受ける場合の摩擦力よりも小さく、この力によるステージ１２１の変形は小さくなり、ドリフトを抑えることができる。このとき、見かけの摩擦は０．２１と小さくなる。球形支点１２７が凹面１３９から受ける反力Ｆ１は、凹面１３９の面積Ｓ１、両面の段差ｄＨ、凹面部材１４１の厚さＨ、凹面部材１４１のヤング率Ｅ１とすると、式１のように表わすことができる。
Ｆ１＝Ｅ１×Ｓ１×（ｄＨ／Ｈ）・・・（１）
例えば、凹面１３９の面積１２平方ミリメートル、凹面１３９と凹面１４３の段差５１ミクロンメートル、凹面部材１４１の厚さ５ミリメートル、凹面部材１４１のヤング率０．５ＧＰａとすると、６１Ｎの反力となる。凹面部材１４１がフッ素樹脂素材であると、摩擦係数は０．０５なので、凹面１４３（摩擦係数を０．３とする）に１０Ｎが掛かるとすると、摩擦力は６Ｎまで小さくなり（このとき、見かけの摩擦は０．０８と小さくなる）、ステージ１２１の変形は小さくドリフトを抑えることができる。なお、凹面１３９の面積Ｓ１を凹面１４３の面積よりも大きくすることにより、見かけの摩擦を小さくすることができる。
【００２１】
図５は、図４に示す球形受けの製作方法を説明するための断面図であり、球形受け１２９において、凹面１４３と凹面部材１４１に凹面１３９を作る手順を示したものである。先ず、球面受け１２９と同一材（金属）を切削盤で加工して形状した凹面１４３を覆うように凹面部材１４１を形成し、切削盤で目的の高さよりも高く加工する（図５（ａ））。次に、凹面部材１４１の表面を、切削盤で目的の高さ（図５（ａ）の破線１４７）まで削る（図５（ｂ））。引き続き、凹面１４３上の凹面部材１４１を切削して凹面１４３を露出させる（図５（ｃ））。なお、凹面１４３の上に凹面１３９よりも低くなるように凹面部材１４１を残してもよい。又は、金属よりも摩擦係数の小さな部材を凹面１４３上に形成しなおすこともできる。凹面１４３上に残す凹面部材１４１或いは凹面１４３上に形成する部材の厚さは３０ミクロンメートル未満が望ましい。これより厚いと部材のバネ作用により、試料が振動する恐れがある。１ミクロンメートル以下の有限値が好適である。
【００２２】
この加工により、球形受け１２９に凹面部材を組み立てるときに発生する応力を原因とする凹面１３９の反力の誤差を無くすことができる。本実施例では、凹面１３９と凹面１４３は、真空封止用のＯリング１３７を介して大気側に設置しているため、球形支点１２７と凹面１３９の摺動による塵埃が真空側に入ることはなく、荷電粒子１０５が遮られることはない。また、真空度が高くなっても、大気側にある球形支点１２７と凹面１４３の摩擦が変化することはなく、試料の加工または観察で荷電粒子１０５を安定して照射することができる。なお、図５（ｃ）に示すように、凹面部材１４１は、この凹面１３９に球形支点１２７が接触して大気圧による力で変形し、球形支点１２７が凹面１４３に接触するまで変形を続ける。
【００２３】
図６は、球形受け１２９において、摺動面である凹面１３９と凹面１４３とを、真空封止用のＯリング１４９を介して真空側に設置する場合の構成を示している。球形受け１２９に、予め凹面１４３と、凹面部材１５１が入る溝１５３を加工しておき、後から凹面部材１５１を溝１５３に挿入し固定する。このとき、球形支点１２７を備えたステージ１２１を球形受け１２９に挿入したままにし、さらに、大気圧による押し力に相当する力を球形支点１２７が凹面１３９や凹面１４３を押す向きに掛けておく。ステージ１２１が凹面部材１５１の押し込み方向に動き始める直前まで凹面部材１５１を押し込む。この調整により、球形支点１２７が凹面１４３を押す力は小さくなり、凹面１４３の摩擦による摩擦力を小さくすることができる。真空中では、金属表面同士が接触すると摩擦が大きくなることがあるが、この球形受け１２９によって摩擦力を小さくすることができる。また、真空中での金属表面同士の摩擦を小さくするために、凹面１４３の表面にダイヤモンドライクカーボン被膜やニッケルめっきを施した場合、球形支点１２７の押す力が強いと被膜やめっきが破壊される恐れがある。図６に示す球形受け１２９によれば、球形支点１２７が凹面１４３を押す力を小さくすることができるため、これら被膜やメッキの破壊を低減・防止することができる。また、真空中でも摩擦力が小さくなり、ステージ２１の変形を小さくすることができるためドリフトを抑えることができる。
【００２４】
以上の実施例は、ドリフトを抑えるための一例を示したものであり、ここで説明した通りの構成に限定されるものではなく、例えば、ネジ１２３またはネジ１３１の回し操作においてモータを用いて自動化することにより、操作手の振動が試料を振動させることなく、試料の位置を調整することができる。
【００２５】
また、例えば、凹面１３９と凹面１４３は、球形支点１２７が球形受け１２９に接する面に一対存在すれば本実施例による効果でドリフトを抑えることができ、三対以上存在すればステージ１２１の静止状態が安定し易く試料の振動を抑えることができる。また、球形支点１２７と球形受け１２９の組立で、組立精度を高く繰り返すことができる。
【００２６】
図３或いは図６に示す球形受けを備えた図２に示すサイドエントリ型のステージ装置では、首振り運動による試料位置調整を行っても試料ホルダやステージの変形を低減・防止することができた。また、図２に示すステージ装置を図１に示す荷電粒子線装置に搭載したところ、ドリフト抑制、防止され高画質の画像を得ることができた。
【００２７】
以上本実施例によれば、球形支点とその受けの摺動面に発生する摩擦力を小さくし、ステージを首振り運動（試料位置調整）させた場合であっても、ステージが時間の経過とともに変形しないステージ装置およびそれを用いた荷電粒子線装置を提供することができる。
【実施例２】
【００２８】
本発明の第２の実施例について、図７と図８を用いて説明する。なお、実施例１に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情が無い限り本実施例にも適用することができる。
【００２９】
図７は、荷電粒子線装置で荷電粒子線を試料に照射する位置を調整するサイドエントリ型のステージ装置の概要を示す。ステージ装置３０１は、フランジ２１３に設けられたネジ穴２１５を通したネジ（図示せず）により、荷電粒子線装置の鏡体（図示せず）に固定される。また、球形受け２０５は、フランジ２０９に設けられたネジ穴２１１を通したネジ（図示せず）で、荷電粒子線装置の鏡体（図示せず）に固定される。なお、符号２０７はＯリングである。
【００３０】
試料をその先端に設置するホルダ１１１は、ステージ１２１に内包され、ネジ１２３を回すことでステージの移動方向を示す矢印３０３で示すＸ方向に試料の位置を調整する。ステージ１２１は、球形受け２０５の内部に設置した球形支点の中心（図示せず）について、ネジ１３１を回すことでＺ方向（Ｘ軸に対して上下方向）に、また、ネジ２０１を回すことでＹ方向（Ｘ軸に対して左右方向）に試料の位置を調整する。ネジ２０３を回すことでα方向（Ｘ軸のまわりの回転方向）を調整し、荷電粒子線の試料への入射角度を調整する。ネジ１２３またはネジ１３１またはネジ２０１またはネジ２０３の回し操作についてモータを用いることにより自動化すると、操作手の振動が試料を振動させることはなく、試料の位置を調整することができる。
【００３１】
図８は、ステージ１２１における球形支点１２７が球形受け１２９と接する部分を選択的に表示したものである。本球形支点１２７は、球形受け１２９と接する部分（摺動面）において、球形支点１２７と同一材（金属）のままの凸面１５５の領域と、摩擦が凸面１５５に比べて小さな凸面１５７の領域とを有する。そして、例えば、球形支点１２７の半径が１５ｍｍであるとしたとき、凸面１５５の凸面の半径は１５ｍｍのまま、金属よりも摩擦の小さな凸面部材の凸面１５７の凸面の直径は１５．３ｍｍと、摩擦が小さな面において摩擦が大きな面よりも高くなるようにした（凸面の中心から遠い構成）。なお、ホルダ１１１とステージとを一体物として作製することもできる。
【００３２】
球形受け１２９にこの球形支点１２７が密着するには、球形受け１２９はまず凸面１５７に先に接触し、金属よりも摩擦の小さな凸面部材を圧縮しながら凸面１５５に接触する。そのため、球形受け１２９は、金属よりも摩擦の小さな凸面部材からの反力だけ凸面１５５に掛かる力が小さくなって面圧が下がることになる。例えば、凸面１５５の摩擦が０．３、凸面１５７の摩擦が０．１５とする。大気圧によるステージ１２１の押し力が７１Ｎで、凸面１５７の反力が４１Ｎ、凸面１５５に掛かる力が３０Ｎであるとすると、球形支点１２７と球形受け１２９の摺動面に発生する摩擦力は１５．１５Ｎとなり、凸面１５５だけで受ける場合の摩擦力よりも小さく、この力によるステージ１２１の変形は小さくなり、ドリフトを抑えることができる。このとき、見かけの摩擦は０．２１と小さくなる。
【００３３】
球形支点１２７が凸面１５７から受ける反力Ｆ２は、凸面１５７の面積Ｓ２、両面の段差ｄＨ、金属よりも摩擦の小さな凸面部材の厚さ、ヤング率をそれぞれＨ、Ｅ２とすると、式２のように表わすことができる。
Ｆ２＝Ｅ２×Ｓ２×（ｄＨ／Ｈ）・・・（２）
例えば、凸面1５７の面積１２平方ミリメートル、凸面1５５と凸面1５７の段差５１ミクロンメートル、金属よりも摩擦の小さな凸面部材の厚さ、ヤング率をそれぞれ５ミリメートル、０．５ＧＰａとすると、６１Ｎの反力となる。金属よりも摩擦の小さな凸面部材がフッ素樹脂素材であると、摩擦係数は０．０５なので、凸面１５５（摩擦係数を０．３とする）に１０Ｎが掛かるとすると、摩擦力は６Ｎまで小さくなり（このとき、見かけの摩擦は０．０８と小さくなる）、ステージ１２１の変形は小さくドリフトを抑えることができる。
【００３４】
本実施例がドリフトを抑える効果があることは、上記実施例で説明したとおりであるが、本実施例の構成であれば、ステージ１２１は、球形支点１２７が同一材（金属）の球形受け１２９と凹面１４３または凸面１５５で直接接触しているので、この部材よりも摩擦が小さい凹面部材１５１或いは凸面部材の樹脂材だけで接触するよりも球形支点１２７の支持剛性が高く、ステージ１２１について例えば５００Ｈｚ以下の振幅が大きい振動の発生を抑えることができるという効果がある。
【００３５】
以上の実施例は、ドリフトを抑えるための一例を示したもので、この説明の通りに限定したものではなく、例えば、凸面１５５と凸面１５７は、球形支点１２７が球形受け１２９に接する面に一対存在すれば本実施例による効果でドリフトを抑えることができ、三対以上存在すればステージ１２１の静止状態が安定し易く試料の振動を抑えることができる。また、球形支点１２７と球形受け１２９の組立で、組立精度を高く繰り返すことができる。
【００３６】
図８に示す球形支点を備えた試料ホルダ、或いはそれを備えた図７に示すサイドエントリ型のステージ装置では、首振り運動による試料位置調整を行っても試料ホルダやステージの変形を低減・防止することができた。また、図７に示すステージ装置を図１に示す荷電粒子線装置に搭載したところ、ドリフトのない高画質の画像を得ることができた。
【００３７】
以上本実施例によれば、球形支点とその受け摺動面に発生する摩擦力を小さくし、ステージを首振り運動（試料位置調整）させた場合であっても、ステージが時間の経過とともに変形しない試料ホルダ、ステージ装置およびそれを用いた荷電粒子線装置を提供することができる。
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１０１…荷電粒子線装置、１０３…電子銃、１０５…荷電粒子、１０７…集束レンズ、１０９…対物レンズ、１１１…ホルダ、１１３…磁気コイル、１１５…中間レンズ、１１７…投影レンズ、１１９…蛍光板、１２１…ステージ、１２３…ネジ、１２５…ばね、１２７…球形支点、１２９…球形受け、１３１…ネジ、１３３…ばね、１３５…板、１３７…Ｏリング、１３９…凹面、１４１…凹面部材、１４３…凹面、１４５…凹面の中心、１４７…破線、１４９…Ｏリング、１５１…凹面部材、１５３…溝、１５５…凸面、１５７…凸面、２０１…ネジ、２０３…ネジ、２０５…球形受け、２０７…Ｏリング、２０９…フランジ、２１１…ネジ穴、２１３…フランジ、２１５…ネジ穴、３０１…ステージ装置、３０３…ステージの移動方向を示す矢印。
【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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