(57)【要約】  【課題】スペース的な制約が厳しい真空容器内で，イオンビームまたは電子ビームを照射する試料を受取り・受け渡しする機構と位置決めする機構をコンパクトにまとめた試料位置決め装置を提供すること。  【解決手段】真空容器１１の内部に搬入された平板状の試料２１を真空容器の内部で受け取って真空容器の内部の所定位置に記試料を位置決めする。この位置決めした試料にイオンビームまたは電子ビームが照射される。真空容器１１のビームが導入される側と反対側の位置で試料２１を受け取り可能とされているとともに，この受け取った試料２１を反転させてビームに対向可能とするφ軸モータ３４を備えている。試料２１は，ビームの軸線に合わして位置決めされる。この軸線合致手段は，ω軸モータ２８とY軸モータ３２とからなり，ω軸回りに回転され，Y軸に沿って水平移動される。  【選択図】図３
2005156481.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器の内部に搬入された試料を受け取って，前記真空容器の内部の測定個所近傍まで搬送すると共に，上記試料の位置及び方向を適宜位置決めするための試料位置決め装置において，
前記試料を真空容器の底部で試料搬入装置から受け取った後，該試料位置決め装置ごと反転させると共に，試料を測定個所近傍まで搬送し，少なくとも試料位置については，該搬送動作の後に調整することを特徴とする試料位置決め装置。
【請求項２】
前記試料の方向を調整する機構として，前記試料の結晶構造を分析するために前記イオンビームまたは電子ビームの軸線に対して前記試料を傾斜させる傾斜手段を有する請求項１記載の試料位置決め装置。
【請求項３】
前記傾斜手段が，少なくとも２軸の回転機構からなり，各回転機構が同軸状に配置された少なくとも２つのリングに付設され，外側のリングに付設された回転機構が内側のリングを傾斜させるものである請求項２記載の試料位置決め装置。
【請求項４】
前記試料を反転させる機構が，前記内側のリングを傾斜させる機構と共用されている請求項３記載の試料位置決め装置。
【請求項５】
前記試料の位置を調整する機構として，前記試料を前記イオンビームまたは電子ビームの軸線に合致させる軸線合致手段を有し，該軸線合致手段が前記傾斜手段に載置された状態で反転させるように駆動される請求項２乃至４のいずれか一に記載の試料位置決め装置。
【請求項６】
前記軸線合致手段が，少なくとも一つのスライド機構と少なくとも一つの回転機構とからなる請求項５記載の試料位置決め装置。
【請求項７】
前記試料の位置を調整する機構として，前記試料を前記イオンビームまたは電子ビームの軸線に沿って移動させる焦点合せ手段を更に有し，該焦点合せ手段が，前記軸線合致手段及び前記傾斜手段を一体的に移動させるものである請求項５又は６に記載の試料位置決め装置。
【請求項８】
真空容器の内部に搬入された試料を受け取って，前記真空容器の内部の測定個所近傍まで搬送すると共に，上記試料の位置及び方向を適宜位置決めするための試料位置決め装置を備えた試料測定装置において，
前記試料を真空容器の底部で試料搬入装置から受け取った後，該試料を反転させると共に，試料を測定個所近傍まで搬送し，少なくとも試料の位置については，該搬送動作の後に調整する試料位置決め装置を備えたことを特徴とする試料測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，イオンビームまたは電子ビームを試料に照射して，試料を分析または処理する分析装置または照射装置に用いられる試料位置決め装置に関し，特に試料の搬入，ビーム照射などの分析，搬出といったハンドリングに適した構造を有する試料位置決め装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
イオンビームまたは電子ビームを試料に照射して試料を分析または処理する分析装置または照射装置として，ラザフォード後方散乱分析装置などがある。
【０００３】
一般に，上記ラザフォード後方散乱分析装置などの真空容器内で試料にイオンビームまたは電子ビームを照射する装置においては，これらのビームを試料の所定位置に照射する必要があるため，ビームの軸線に対して鉛直な面状の任意の位置に試料を位置決めし，ビームの軸線と試料位置を合致させなければならない。また，ビームの焦点に試料を位置決めする必要があるため，ビームの軸線に沿った任意の位置に試料を位置決めし，ビームの焦点で試料にイオンビームまたは電子ビームを照射する必要がある。更に，試料を分析したり処理したりするにあたって試料の結晶構造とビームの照射方向を調整するために，ビームの軸線に対して試料を傾斜させる必要がある。このように，試料位置決め装置には，回転移動や水平移動など，多くの自由度を持たせる必要がある。
【０００４】
また，当然のことながら試料は真空容器の外部から搬入されてくるので，搬入されてきた試料を真空容器の内部で受け取ったり，分析または処理後の試料を真空容器外に搬出するために，真空容器内で試料搬出装置に受け渡す必要があり，この受取・受渡に便利な構造でなければならない。
【０００５】
さらに，真空容器は，できるだけ小型にした方が真空排気の観点から好ましいため，真空容器内には無駄なスペースが殆どなく，上述した多くの位置決め機構と受取機構とをコンパクトにまとめる必要がある。
【０００６】
図５を用いて，イオンビームまたは電子ビームを試料に照射して試料を分析または処理する装置にとって，真空容器の内部のスペース的制約が厳しいことを説明する。図５において，１１が真空容器であり，この真空容器１１では，イオンビームまたは電子ビームが上方から照射される。分析または処理される試料１２は，真空弁１３を介して接続されたトランスファーロッド１４によって真空容器１１の内部に搬出入される。図５において，ビームが上方から照射されるので，当然のことながら試料１２が位置すべき場所より上方部Pには何も配置することができない。また，真空容器の両側面部Ｍには，通常電磁石が配置されているので，この方向にも何も配置することができない。更に，真空容器の底面部Nには，真空容器１１内の磁場を撹乱しないように磁性体の蓋を取りつける必要があり，この方向にも何も配置することができない。以上のことから，このような分析装置または照射装置に用いられる位置決め装置としては，真空容器のビームが導入される側に対して反対側の底部で試料を受け渡しするとともに，その受け取った試料を真空容器内の分析位置まで運び，さらに上記分析位置で正確に位置決めする必要がある。しかしながら，上記図５を用いて説明したように，試料の受け渡しのための空間は極めて限られたものでしかなく，きわめて高度の受け渡しと，位置決めのための機構を採用する必要がある。
【０００７】
このような位置決め機構の一例として，特許文献１に記載された技術がある。この特許文献１に記載された技術は，少なくとも試料取り付け部を水平方向に直線移動及び垂直軸周りに回転移動を行うＲ−θステージ９と，当該Ｒ−θステージ９を支持すると共に，分析位置を通る垂直軸周りにおいて90度をなす２つの角度位置で位置決め可能に回転する回転移動ステージを備えたものである。
【特許文献１】特開２００２−１３１２５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら，上記特許文献１に記載された構造では，試料の受け渡しが，位置決め装置のビーム照射空間側で行われる構造となっていることが前提である。このように特許文献１においては，試料の位置決め装置の上部で試料の受け渡しが行われることになっているので，真空容器の底部から少なくとも位置決め装置の分だけは高い場所で試料の受け渡しを行うことになる。ところが，試料は装置の底部に接続された搬送通路を通って真空室に搬送されるので，上記試料の搬送通路の幅を上記試料の位置決め装置の高さ分の上下幅に形成する必要があり，結果的に，真空容器の体積が大きくなる問題を内蔵するものであった。この場合，もちろんながら，真空容器の大きさがその分大きくなり，真空容器のコストが上昇するだけでなく，真空排気に要する時間も長くなっていた。
【０００９】
本発明は，上記の事情に鑑みてなされたものであって，その目的とするところは，スペース的な制約が厳しい真空容器内で，イオンビームまたは電子ビームを照射する試料を受け渡しする機構とビームに対して位置決めする機構をコンパクトにまとめると共に，上記真空容器の体積を実質的に狭くすることができる試料位置決め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】
上記目的を達成するために本発明は，真空容器の内部に搬入された試料を受け取って，前記真空容器の内部の測定個所近傍まで搬送すると共に，上記試料の位置及び方向を適宜位置決めするための試料位置決め装置において，
前記試料を真空容器の底部で試料搬入装置から受け取った後，該試料を反転させると共に，試料を測定個所近傍まで搬送し，少なくとも試料の位置については，該搬送動作の後に調整することを特徴とする試料位置決め装置として構成されている。これにより，試料の搬入通路を狭くすることが出来，真空容器全体の体積を小さくすることができる。また，スペース的制約の厳しい真空容器内において試料の搬入・搬出をするのに好適な箇所で受け取って，真空容器内の所定位置に位置決めできる機構をコンパクトにまとめることができる。
【００１１】
また，前記試料の方向を調整する機構として，前記試料の結晶構造を分析するために前記イオンビームまたは電子ビームの軸線に対して前記試料を傾斜させる傾斜手段を有することが望ましい。これにより，試料の結晶構造の分析などを容易に実施することができる。
【００１２】
この前記傾斜手段が，少なくとも２軸の回転機構からなり，各回転機構が同軸状に配置された少なくとも２つのリングに付設され，外側のリングに付設された回転機構が内側のリングを傾斜させるものであるようにすれば更に望ましい。このように構成することによって，この傾斜手段をコンパクトにまとめることができる。
【００１３】
なお，前記試料を反転させる機構を，前記内側のリングを傾斜させる機構と共用させることができれば，重複する機構を共用して一軸省略することができるので，装置全体を一層コンパクトにまとめることができる。
【００１４】
また，前記試料の位置を調整する機構として，前記試料を前記イオンビームまたは電子ビームの軸線に合致させる軸線合致手段を有し，該軸線合致手段が前記傾斜手段に載置された状態で反転させるように駆動されることが望ましい。これにより，ビームの軸線に対する試料の位置決めが簡単になり，試料の分析または処理を効率よくおこなうことができるようになる。また，全体を極めてコンパクトにまとめることができる。
【００１５】
前記軸線合致手段は，少なくとも一つのスライド機構と少なくとも一つの回転機構とからなることが望ましい。このようにスライド機構と回転機構を組み合わせることで，軸線を合致させる手段がコンパクトになり，傾斜手段で反転させる際に他の障害物との干渉を抑えることができる。
【００１６】
更に，前記試料の位置を調整する機構として，前記試料を前記イオンビームまたは電子ビームの軸線に沿って移動させる焦点合せ手段を更に有し，該焦点合せ手段が，前記軸線合致手段及び前記傾斜手段を一体的に移動させるものであることが望ましい。これにより，焦点合わせが容易にできるようになるとともに，全体をコンパクトにすることができる。
【００１７】
上記のような試料位置決め装置を用いた試料測定装置としては，真空容器の内部に搬入された試料を受け取って，前記真空容器の内部の測定個所近傍まで搬送すると共に，上記試料の位置及び方向を適宜位置決めするための試料位置決め装置を備えた試料測定装置において，
前記試料を真空容器の底部で試料搬入装置から受け取った後，該試料を反転させると共に，試料を測定個所近傍まで搬送し，少なくとも試料の位置については該搬送動作の後に調整する試料位置決め装置を備えたことを特徴とする試料測定装置が提供される。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように，本発明によれば，真空容器全体をコンパクトにまとめることができる。また，イオンビームまたは電子ビームが照射される試料を受取り・受け渡しする機構と，試料をイオンビームまたは電子ビームに対して位置決めする機構をコンパクトにまとめることができる。このため，高価な真空容器を小型化することができ，全体のコストダウンに寄与することに加え，真空排気に要する時間を短縮することができ，試料分析又は試料処理を効率的におこなうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下添付図面を参照しながら，本発明の一実施形態について説明する。なお，以下の実施形態は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
【００２０】
ここに，図１は，本発明の実施形態に係る位置決め装置の正断面図であり，図２は，本発明の実施形態に係る位置決め装置の側断面図であり，図３は，本発明の実施形態に係る位置決め装置を試料受け取りのために反転させた状態を示す側断面図であり，図４は，本発明の実施形態に係る位置決め装置の動作を説明する動作説明連続図である。なお，図１は図２のＢ−Ｂ矢視断面図であり，図２は図１のＡ−Ａ矢視断面図，図３は図１のＣ−Ｃ矢視断面図であるが，機構説明のために一部簡略化したり切断位置をずらしたりした箇所がある。
【００２１】
まず，図１と図２を用いて，本発明の実施形態について説明する。この実施形態は，本発明の試料位置決め装置をラザフォード後方散乱分析装置（ＲＢＳ分析装置）に用いた例である。なお，言うまでもないが，ＲＢＳ分析装置は本発明の試料分析装置が使用できる分析装置の単なる一例に過ぎない。本発明の試料分析装置は，他のイオンビームまたは電子ビームを試料に照射して分析または処理をおこなう分析装置または照射装置にも使用できる。
【００２２】
図１と図２に図示された試料位置決め装置は，図示されていない真空容器内に配置される。図において，２１がイオンビームが照射される円盤状の試料（例えば６インチまたは８インチのウェハ）であり，この試料２１は，４本の把持爪２２によって四方からその周辺部を把持される。この４本の把持爪２２は，各々試料の半径方向に進退するロッド２３によって試料中心から放射方向（試料中心方向）に進退可能に支持されており，各々の把持爪２２はバネ２４によって試料２１を把持する方向に弾性的に付勢されている。また，試料２１の後面には，保持ローラ２５が当接されるようになっており，把持爪２２と協働して試料２１を把持する。これらの機構により，試料２１は，真空容器の内部でトランスファーロッド１４（図５）から試料位置決め装置に受け取られたり，試料位置決め装置からトランスファーロッドに受け渡されたりする。
【００２３】
なお，把持爪２２の本数は四本に限定されず，三本であっても五本であってもよい。また，把持爪による固定ではなく吸引固定によることも考えられる。
【００２４】
これらの試料受け取り・受け渡し機構は，回転テーブル２６の上に配置されている。この回転テーブル２６は，ベアリング２７によって支持されており，この回転テーブル２６の軸心上に配置されたω軸モータ２８によってω軸（図２）回りに３６０度回転可能とされている。また，回転テーブル２６を支持しているベアリング２７は，スライドテーブル２９の上に載置されており，このスライドテーブル２９は，スライドテーブル２９の下面から突出しているＬ字部材３０を介してボールネジ３１に接続されている。このスライドテーブル２９は，ボールネジ３１に接続されたY軸モータ３２によってY軸方向に６ｃｍ〜８ｃｍ程度の範囲で水平移動可能とされている。なお，本実施形態の場合，図１に示すようにボールネジ３１がスライドテーブル２９の中心線から偏移（偏移量δ）した位置に配置されているので，中心線に対してボールネジ３１に対称な位置にリニアガイド３３が配置されており，このリニアガイド３３とボールネジ３１によってY軸方向にスライドテーブル２９をガイドしている。本実施形態の場合，これらの機構によって，試料２１がイオンビームの軸線に対して鉛直な面上の任意の位置に正確に位置決めされることができ，これにより，試料２１の位置をイオンビームの軸線に合致させることができる。すなわち，これらの機構により軸線合致手段が構成されている。
【００２５】
なお，本実施形態では，ω軸回りの回転とＹ軸方向の水平移動により軸線合致手段が構成されているが，イオンビームの軸線に対して鉛直な面上の任意の位置に位置決めすることができればよく，２軸とも回転であってもよいし，２軸とも水平移動であってもよい。さらに，第三の軸を付加してもよい。
【００２６】
これらの軸線合致手段を構成する機構は，対向する２箇所のφ軸取付部３５によって内側リング３６に回動可能に取り付けられており，φ軸モータ３４によって全体をプラスマイナス１０度程度の範囲で傾斜可能とされているとともに，図３に示すように１８０度反転可能とされている。つまり，図３に示すようにイオンビームが導入される側と反対側の位置に回転された状態で試料２１を受け取り，この受け取った試料２１を，軸線合致手段と一体的に反転させてイオンビームに対向可能とできるようになっている。本実施形態の場合，これらの機構によって試料を受け取り位置とビーム照射位置との間で反転させるようにしている。
【００２７】
次いで，前記内側リング３６は，この内側リング３６と同軸上に配置された外側リング３９の内部に配置されている。この外側リング３９には，θ軸モータ３７が取り付けられており，θ軸モータ３７は，対向する２箇所のθ軸取付部３８によって内側リング３６をプラスマイナス１０度程度の範囲で傾斜させて試料の方向を調整することができる。なお，内側リング３６と外側リング３９には，上述した反転動作や傾斜動作の際にモータ３４との干渉を防止するために複数の切欠部４０が設けられている。本実施形態の場合，これらの外側リング３９と内側リング３６，θ軸モータ３７とφ軸モータ３４などにより，傾斜手段が構成されている。
【００２８】
なお，本実施形態の場合，試料を反転させる機構と内側リングを傾斜させる機構とでφ軸軸モータ３４を共用したが，これらを別個に設けてもよい。また，傾斜手段として更に第三の軸を設けて三重構造としてもよいし，逆に１軸省略してもかまわない。
【００２９】
また，本実施形態の場合，反転時の干渉を考慮してθ軸モータ３７とφ軸モータ３４を約１３５度の角度で交差させるようにしているが，これらの軸を直交させてもよいし，更に交差角度を大きくしてもよい。
【００３０】
さらにまた，本実施形態の場合，１８０度反転させているが，サイドからイオンビームを導入するような場合，９０度反転させることでイオンビームに対向させるようにしてもよい。
【００３１】
次ぎに，図４を用いて本発明の実施形態の焦点合せ手段とその動作を説明する。図４において，５１が真空容器であり，この真空容器５１内に試料５２がトランスファーロッド５３によって搬入される。図４において，５４はシャフトであって，真空容器５１の上下方向に３本立設されており，各シャフト５４にリニアブッシュ５５を介して上述した図１および図２に図示された機構が接続されている。シャフト５４の一本の上方に図示されていないＺ軸モータが接続されており，このＺ軸モータによって図外のボールネジが回転駆動されることで，Ｚ軸方向に３０〜５０ｃｍ程度上下移動可能とされている。これにより，試料をイオンビームの軸線に沿って移動させて焦点合せをすることができる。本実施形態の場合，これらの機構によって焦点合せ手段が構成されている。
【００３２】
なお，本実施形態の場合，焦点合せ手段が真空容器の内部を上下方向に移動させるようにしているが，横型の分析装置の場合であれば，水平方向に移動させるようになる。
【００３３】
次ぎに，本実施形態の動作を説明する。図４Ａに示すように，まず試料５２がトランスファーロッド５３によって真空容器内５１の内部に搬入され，本実施形態に係る位置決め機構の下方に位置決めされる。この状態にて，把持爪２２を閉じて試料５２を四方から把持すると共に，保持ローラ２５が，試料５２に当接して，把持爪２２と保持ローラ２５によって試料５２が確実に把持される。その後，図４Ｂに示すように，トランスファーロッド５３を後退させるとともに，位置決め機構を焦点合わせ手段５４，５５によって上方に移動させる。この状態で，図４Ｃに示すように，１８０度反転させてイオンビームに対向させる。イオンビームと試料の軸線は，軸線合致手段によってビームに対する位置が調整され，ウェハである試料の表面全面に亘って所定の分析がおこなわれる。なお，この際には，試料は傾斜手段によって必要に応じて傾斜してビームに対する方向が調整される。所定の分析が終了した後，上述と逆の流れで試料５２は真空容器５１から搬出される。
【００３４】
上の実施形態では，試料が測定個所近傍にたどり着いた後に試料の正確は傾斜（方向）や位置決めを行っているが，試料の傾斜などについては，測定個所への搬送の前，或いは搬送の途中で調整することも可能である。このような事前調整により，処理に要する時間の短縮を図ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態に係る位置決め装置の正断面図。
【図２】本発明の実施形態に係る位置決め装置の側断面図。
【図３】本発明の実施形態に係る位置決め装置を試料受取のために反転させた状態を示す側断面図。
【図４】本発明の実施形態に係る位置決め装置の動作を説明する動作説明連続図。
【図５】真空容器内のスペース的制約を説明する説明図。
【符号の説明】
【００３６】
１１  真空容器
２１  試料
２６  回転テーブル（軸線合致手段）
２８  ω軸モータ（軸線合致手段）
２９  スライドテーブル（軸線合致手段）
３２  Y軸モータ（軸線合致手段）
３４  φ軸モータ（反転手段，傾斜手段）
３６  内側リング（傾斜手段）
３７  θ軸モータ（傾斜手段）
３９  外側リング（焦点合せ手段）
５４  シャフト（焦点合せ手段）
５５  リニアブッシュ（焦点合せ手段）
【図１】
2005156481.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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