(57)【要約】【課題】簡易な装置構成により、マニピュレータの探針の交換作業を効率良く行うことができるとともに、装置の稼働率の低下を防止し、さらに試料室内の試料ステージの可動範囲に制約を加えることのない試料ホルダ移動機構及び真空装置並びに荷電粒子ビーム装置を提供する。【解決手段】荷電粒子ビーム装置等の真空装置に用いられ、先端部に試料ホルダ９を保持した状態で、試料室１４と当該試料室１４に連通する予備室１５との間でその先端部が移動可能とされた試料ホルダ移動機構１８において、当該先端部にマニピュレータ５０が保持可能となっており、当該マニピュレータ５０を駆動するための駆動用配線４５を備える。【選択図】  図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に試料ホルダを保持した状態で、試料室と当該試料室に連通する予備室との間でその先端部が移動可能とされた試料ホルダ移動機構であって、当該先端部にマニピュレータが保持可能となっており、当該マニピュレータを駆動するための駆動用配線を備えることを特徴とする試料ホルダ移動機構。
【請求項２】
先端部に前記試料ホルダ又は前記マニピュレータを保持するための棒状部材と、当該棒状部材と平行に配置され、内部に前記駆動用配線を備える筒状部材とを具備することを特徴とする請求項１記載の試料ホルダ移動機構。
【請求項３】
前記筒状部材の先端部には、前記駆動用配線に接続されたコネクタが設けられていることを特徴とする請求項２記載の試料ホルダ移動機構。
【請求項４】
前記棒状部材のその中心軸を中心とする回転を制動するための制動機構を具備することを特徴とする請求項２若しくは３記載の試料ホルダ移動機構。
【請求項５】
内部が真空引き可能とされた試料室と、試料室に連通する予備室と、先端部に試料ホルダを保持した状態で、試料室と予備室との間でその先端部が移動可能とされた試料ホルダ移動機構とを有する真空装置において、前記試料ホルダ移動機構が、当該先端部にマニピュレータを保持可能となっており、当該マニピュレータを駆動するための駆動用配線を備えることを特徴とする真空装置。
【請求項６】
前記試料ホルダ移動機構が、先端部に前記試料ホルダ又は前記マニピュレータを保持するための棒状部材と、当該棒状部材と平行に配置され、内部に前記駆動用配線を備える筒状部材とを具備することを特徴とする請求項５記載の真空装置。
【請求項７】
前記試料ホルダ移動機構における前記筒状部材の先端部には、前記駆動用配線に接続されたコネクタが設けられていることを特徴とする請求項６記載の真空装置。
【請求項８】
前記試料ホルダ移動機構が、前記棒状部材のその中心軸を中心とする回転を制動するための制動機構を具備することを特徴とする請求項６若しくは７記載の真空装置。
【請求項９】
荷電粒子ビーム源と、荷電粒子ビーム源から放出された荷電粒子ビームを制御して試料に照射するための照射系レンズと、内部が真空引き可能とされ、試料を収容した試料ホルダが当該内部に配置される試料室と、試料室に連通する予備室と、先端部に試料ホルダを保持した状態で、試料室と予備室との間でその先端部が移動可能とされた試料ホルダ移動機構とを有する荷電粒子ビーム装置において、前記試料ホルダ移動機構が、当該先端部にマニピュレータを保持可能となっており、当該マニピュレータを駆動するための駆動用配線を備えることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項１０】
前記試料ホルダ移動機構が、先端部に前記試料ホルダ又は前記マニピュレータを保持するための棒状部材と、当該棒状部材と平行に配置され、内部に前記駆動用配線を備える筒状部材とを具備することを特徴とする請求項９記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項１１】
前記試料ホルダ移動機構における前記筒状部材の先端部には、前記駆動用配線に接続されたコネクタが設けられていることを特徴とする請求項１０記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項１２】
前記試料ホルダ移動機構が、前記棒状部材のその中心軸を中心とする回転を制動するための制動機構を具備することを特徴とする請求項１０若しくは１１記載の荷電粒子ビーム装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、試料ホルダ移動機構及び真空装置並びに荷電粒子ビーム装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走査型電子顕微鏡等の荷電粒子ビーム装置において、試料室内に配置された試料に対して電圧等を印加するために、探針（プローブ）を有するマニピュレータを試料室内に設けたものがある。
【０００３】
このような荷電粒子ビーム装置の一例を図１３に示す。図１３は、試料室内にマニピュレータを備えた荷電粒子ビーム装置を示す概略構成図であり、ここでは走査型電子顕微鏡の例を示してしる。
【０００４】
同図において、１０１は電子銃（荷電粒子ビーム源）であり、電子銃１０１から放出されて加速された電子ビーム（荷電粒子ビーム）１０５は、電子光学系（照射系）１１９を介して試料１０８に照射される。
【０００５】
ここで、電子光学系１１９は、集束レンズ１０２、走査コイル１０３、及び対物レンズ１０４から構成されている。そして、電子銃１０１から放出された電子ビーム１０５は、集束レンズ１０２及び対物レンズ１０４により試料１０８上において細く集束されて照射され、このとき走査コイル１０３によって試料１０８上の被観察領域を走査される。
【０００６】
また、試料１０８は試料ホルダ１０９に収容されており、試料１０８を収容した試料ホルダ１０９は、試料室１１４内に配置された試料ステージ１１０に載置されている。なお、電子銃１０１及び電子光学系１１９は鏡筒１１３内に設けられている。
【０００７】
電子ビーム１０５が照射された試料１０８からは、２次電子や反射電子等の被検出電子１１１が発生し、この発生した被検出電子１１１は検出器１１２によって検出される。検出器１１２は、被検出電子１１１の検出結果を検出データとして図示しない制御装置に送る。制御装置は、検出器１１２からの検出データを処理して画像データとし、ＣＲＴやＬＣＤ等の表示装置（図示せず）に画像として表示したり、記憶手段（図示せず）に当該画像データを適宜格納する。
【０００８】
試料室１１４内には、マニピュレータ１０７が固定されて設けられている。このマニピュレータ１０７は、探針（プローブ）１０６と、先端部に探針１０６が配置された駆動体１２０と、駆動体１２０を試料室１１４内において保持するための固定ブロック１２１とから構成されている。そして、駆動体１２０の先端部に配置された探針１０６には、図示しない電圧印加用配線によって適宜電圧が印加される。また、駆動体１２０は圧電素子等からなり、駆動体１２０の伸縮等の駆動制御を行うために、駆動体１２０には図示しない駆動用配線が接続されている。なお、マニピュレータ１０７を構成する固定ブロック１２１は、試料室１１４の所定箇所に設けられた開口１１４ａを貫通して固定プレート１２３に取付けられており、このベースプレート１２３は試料室１１４の外側面に固定されている。
【０００９】
試料室１１４の外側面には、開閉バルブ１２２を介して試料室１１４の内部に連通可能とされた予備室１１５が設けられている。そして、予備室１１５には、その側壁１１５ａを貫通する試料ホルダ移動用シャフト１１８が設けられている。
【００１０】
この試料ホルダ移動用シャフト１１８は、所定の長さを有する棒状のシャフト部１１６と、当該シャフト部１１６の基端部１１６ｂに取付けられた握り玉１１７から構成されている。そして、シャフト部１１６の先端部１１６ａには、試料１０８を収容する試料ホルダ１０９が保持可能となっている。
【００１１】
なお、鏡筒１１３、試料室１１４、及び予備室１１５の各内部は、図示しない複数の真空ポンプにより、それぞれ独立して真空引きされるように構成されており、上述した電子ビーム１０５の試料１０８への照射による試料観察は、鏡筒１１３及び試料室１１４の内部が真空引きされた状態で行われる。このとき、開閉バルブ１２２が開かれた状態で試料観察が行われる場合には、予備室１１５の内部も真空引きされた状態となっている。
ここで、試料ホルダ１０９に収容された状態で試料室１１４内に配置された試料１０８の観察が行われているときには、試料ホルダ移動用シャフト１１８のシャフト部１１６の先端部１１６ａは、試料ホルダ１０９を保持しない状態で予備室１１５内に位置して待機する。そして、試料１０８の観察工程の前後において、試料１０８の配置及び交換等のために、試料ホルダ１０９の試料室１１４からの出し入れを行う際には、開閉バルブ１２２が開いた状態でシャフト部１１６が手動にて動かされ、その先端部１１６ａが予備室１１５と試料室１１４との間を往復移動する。
【００１２】
試料室１１４内において、試料ステージ１１０に載置されている試料ホルダ１０９に収容された試料１０８の所定箇所には、必要に応じてマニピュレータ１０７の探針１０６が接触することとなり、これにより試料１０８には適宜電圧が印加される。そして、このように試料１０８に電圧が印加された状態で試料１０８の観察を行うことができるようになっている。
【００１３】
上述のようなマニピュレータを備える荷電粒子ビーム装置においては、マニピュレータの使用の継続により、マニピュレータの探針が変形や摩耗により消耗するので、適宜探針をマニピュレータから取り外して新しい探針と交換する必要がある。
【００１４】
この場合、図１３に示した走査型電子顕微鏡の例では、マニピュレータ１０７が試料室１１４内において固定されているので、試料１０８の観察の終了後、試料室１１４を一旦大気圧に戻してからマニピュレータ１０７の探針１０６の交換を行う。
【００１５】
すなわち、まず、試料室１１４内が真空引きされた状態で、その内部に配置された試料１０８に対して行われた試料観察が終了した後、試料ホルダ移動用シャフト１１８の手動による操作により、試料１０８を収容している試料ホルダ１０９を試料室１１４内から予備室１１５内へ移動する。この後、開閉バルブ１２２を閉じて試料室１１４内を大気圧に復帰させる。
そして、固定プレート１２３を試料室１１４の外側面から取り外す。このとき、マニピュレータ１０７は固定プレート１２３に取付けられているので、当該マニピュレータ１０７が上記開口１１４ａを試料室１１４内から外側へ通り抜けて、試料室１１４外に取り出される。
【００１６】
この後、固定プレート１２３に取付けられた状態で、試料室１１４の外側に取り出されたマニピュレータ１１４の探針１０６の交換作業が行われる。この交換作業の終了後、固定プレート１２３に取付けられた状態で、新しい探針１０６が取付けられたマニピュレータ１０７を上記開口１１４ａを試料室１１４の外側からその内部に挿通させ、固定プレート１２３を試料室１１４の所定の外側面に取付ける。その後、試料室１１４内を真空引きして次の試料１０８を試料室１１４内に導入し、次の観察を行う。
【００１７】
なお、マニピュレータの探針の交換を効率良く行える装置として、真空バルブを介して真空チャンバ（試料室）に接続されたエアロック室の内部に探針を有するプローブホルダを備える構成のものもある（例えば、特許文献１参照）。
【００１８】
【特許文献１】
特開２０００−１４６７８０号公報
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した図１３に示した構成の装置においては、マニピュレータ１０７を試料室１１４内から外側へ取り出すのに手間がかかり、探針１０６の交換作業に時間がかかっていた。
【００２０】
また、マニピュレータ１０７の探針１０６の交換のために、試料室１１４内を大気圧に戻し、交換作業終了後に試料室１１４内を改めて真空引きすることとなるので、装置の稼働率を低下させることとなっていた。
【００２１】
さらに、マニピュレータ１０７を使用しない試料の観察時においても、試料室１１４内にマニピュレータ１０７が固定されて配置されているので、試料室１４内の試料ステージ１１０の可動範囲に制約を加えることとなっていた。
【００２２】
なお、上述した特許文献１に示された装置においては、真空チャンバ（試料室）に接続されたエアロック室の内部に探針を有するプローブホルダを備える構成とされているので、装置の稼働率の低下の問題はある程度解消されることとなるが、プローブホルダ専用のエアロック室を装置に追加するかたちで別途設けなくてはならず、装置の構造が複雑になるとともにコストアップとなることとなる。
【００２３】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであって、簡易な装置構成により、マニピュレータの探針の交換作業を効率良く行うことができるとともに、装置の稼働率の低下を防止し、さらに試料室内の試料ステージの可動範囲に制約を加えることのない試料ホルダ移動機構及び真空装置並びに荷電粒子ビーム装置を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決する手段】
本発明に基づく試料ホルダ移動機構は、先端部に試料ホルダを保持した状態で、試料室と当該試料室に連通する予備室との間でその先端部が移動可能とされた試料ホルダ移動機構であって、当該先端部にマニピュレータが保持可能となっており、当該マニピュレータを駆動するための駆動用配線を備えることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明に基づく真空装置は、内部が真空引き可能とされた試料室と、試料室に連通する予備室と、先端部に試料ホルダを保持した状態で、試料室と予備室との間でその先端部が移動可能とされた試料ホルダ移動機構とを有する真空装置であって、前記試料ホルダ移動機構が、当該先端部にマニピュレータを保持可能となっており、当該マニピュレータを駆動するための駆動用配線を備えることを特徴とする。
【００２６】
さらに、本発明に基づく荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子ビーム源と、荷電粒子ビーム源から放出された荷電粒子ビームを制御して試料に照射するための照射系レンズと、内部が真空引き可能とされ、試料を収容した試料ホルダが当該内部に配置される試料室と、試料室に連通する予備室と、先端部に試料ホルダを保持した状態で、試料室と予備室との間でその先端部が移動可能とされた試料ホルダ移動機構とを有する荷電粒子ビーム装置であって、前記試料ホルダ移動機構が、当該先端部にマニピュレータを保持可能となっており、当該マニピュレータを駆動するための駆動用配線を備えることを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２８】
図１は本発明における荷電粒子ビーム装置（真空装置）である走査型電子顕微鏡を示す概略構成図である。同図において、１は電子銃（荷電粒子ビーム源）であり、電子銃１から放出されて加速された電子ビーム（荷電粒子ビーム）５は、電子光学系（照射系）１９により制御されて試料８に照射される。
【００２９】
ここで、電子光学系１９は、集束レンズ２、走査コイル３、及び対物レンズ４から構成されている。そして、電子銃１から放出された電子ビーム５は、集束レンズ２及び対物レンズ４により試料８上において細く集束されて照射され、このとき走査コイル３によって試料８上の被観察領域を走査される。
【００３０】
また、試料８は試料ホルダ９に収容されており、試料８を収容した試料ホルダ９は、試料室１４内に配置された試料ステージ１０に載置されている。なお、電子銃１及び電子光学系１９は鏡筒１３内に設けられている。
【００３１】
電子ビーム５が照射された試料８からは、２次電子や反射電子等の被検出電子１１が発生し、この発生した被検出電子１１は検出器１２によって検出される。検出器１２は、被検出電子１１の検出結果を検出データとして図示しない制御装置に送る。制御装置は、検出器１２からの検出データを処理して画像データとし、ＣＲＴやＬＣＤ等の表示装置（図示せず）に画像として表示したり、記憶手段（図示せず）に当該画像データを適宜格納する。
【００３２】
試料室１４の外側面には、開閉バルブ２２を介して試料室１４の内部に連通可能とされた予備室１５が設けられている。そして、予備室１５には、その側壁１５ａを貫通する試料ホルダ移動機構１８が設けられている。
【００３３】
この試料ホルダ移動用機構１８は、所定の長さを有する棒状のシャフト部（棒状部材）１６と、当該シャフト部１６の基端部１６ｂに取付けられた握り玉１７とを有する。そして、シャフト部１６の先端部１６ａには、試料８を収容する試料ホルダ９が保持可能となっているとともに、後述するようにマニピュレータも保持可能となっている。
【００３４】
なお、鏡筒１３、試料室１４、及び予備室１５の各内部は、図示しない複数の真空ポンプにより、それぞれ独立して真空引きされるように構成されており、上述した電子ビーム５の試料８への照射による試料観察は、鏡筒１３及び試料室１４の内部が真空引きされた状態で行われる。このとき、開閉バルブ２２が開かれた状態で試料観察が行われる場合には、予備室１５の内部も真空引きされた状態となっている。
ここで、試料ホルダ９に収容された状態で試料室１４内に配置された試料８の観察が行われているときには、試料ホルダ移動機構１８のシャフト部１６の先端部１６ａは、試料ホルダ９を保持しない状態で予備室１５内に位置して待機する。そして、試料８の観察工程の前後において、試料８の配置及び交換等のために、試料ホルダ９の試料室１４からの出し入れを行う際には、開閉バルブ２２が開けられた状態でシャフト部１６が手動にて動かされ、その先端部１６ａが予備室１５と試料室１４との間を往復移動する。
【００３５】
さらに図２に、図１に示した走査型電子顕微鏡の要部を拡大した断面図を示す。同図に示すごとく、試料室１４と予備室１５とは、試料室１４に形成された開口部１４ａを介して連通されている。そして、試料室１４と予備室の間には、当該開口部１４ａの開閉を行うための開閉バルブ２２が設けられている。
【００３６】
試料ホルダ移動機構１８を構成するシャフト部１６の先端部１６ａには、雄ネジ１６ｃが設けられている。そして、試料ホルダ９をシャフト部１６の先端部１６ａに保持する際には、雄ネジ１６ｃを試料ホルダ９の雌ネジ（図示せず）に螺入させて取付ける。このとき、オペレータは手動により試料ホルダ移動機構１８の握り玉１７を回し、これによりシャフト部１６がその中心軸を中心として回転する。
【００３７】
また、シャフト部１６の基端部１６ｂには、シャフト部１６の当該回転（その中心軸を中心とする回転）を制動するための制動手段（制動機構）３１が配置されている。この制動手段３１は、レバー３２を有しており、当該制動手段３１の動作については後述する。なお、予備室１５の側壁１５ａには、レバー３２を係止するための係止部３３ａを有する係止部材３３が設けられている。
【００３８】
さらに、試料ホルダ移動機構１８には、駆動用電源接続手段４１が備えられている。この駆動用電源接続手段４１は、シャフト部１６と平行に配置された筒状部材４４（図２では、シャフト部１６と重なっているため、図示せず）と、筒状部材４４の基端部をシャフト部１６に固定するための基端固定部材４３と、筒状部材４４の先端部をシャフト部１６に固定するための先端固定部材４２とを有し、これにより筒状部材４４は、シャフト部１６に平行となるように固定されて配置される。
【００３９】
なお、試料室１４内に配置された試料ステージ１０の上面には、台座１０ｂ及びストッパ１０ａが設けられている。そして、試料ホルダ９の試料ステージ１０への載置の際には、台座１０ｂ及びストッパ１０ａによって試料ステージ１０上において試料ホルダ９の位置決めが行われる。
【００４０】
ここで、図２におけるＡ−Ａ断面図を図３に示す。同図に示すように、駆動電源接続手段４１を構成する筒状部材４４は、シャフト部１６と平行に配置されており、上述のごとく、その基端部及び先端部は、それぞれ基端固定部材４３及び先端固定部材４２によってシャフト部１６に固定されている。
【００４１】
筒状部材４４は、内部が中空とされたパイプ状に構成されており、当該内部には、後述するマニピュレータを駆動するための２本の駆動用配線４５が備えられている。そして、筒状部材４４の先端部を固定する先端固定部材４２の先端面４２ａには、駆動用配線４５に接続されたコネクタ４６が支持部材４７を介して設けられている。
【００４２】
さらに、筒状部材４４は、予備室１５の側壁１５ａを貫通しており、シャフト部１６と連動してそれぞれの先端部（筒状部材４４の先端部及びシャフト部１６の先端部１６ａ）は予備室１５内と試料室１４内との間で移動可能とされている。なお、予備室１５の側壁１５ａは、蝶番（ヒンジ）１５ｃによって予備室本体１５ｂに支持されており、さらにネジ１５ｄによって予備室本体１５ｂに固定されている。
【００４３】
また、上述したシャフト部１６の回転を制動するための制動手段３１は、制動軸３４と、制動軸３４の基端部に取付けられたレバー３２と、制動軸３４の先端部に取付けられた制動ブロック３６と、制動軸３４の周囲を取り囲むように配置されたコイルスプリング３５と、コイルスプリング３５の外側を覆うケーシング３７とを備えている。そして、オペレータの手動によりレバー３２が操作されることにより、制動軸３４がその軸方向に移動し、これによって制動ブロック３６がシャフト部１６と接触してシャフト部１６の回転が制動される。
【００４４】
さらに詳述すると、例えば図３の状態では、レバー３２の長手方向は、同図の紙面での左方向に沿った方向でケーシング３７の第１の溝部３７ａに嵌入され、このとき、制動軸３４の先端部に配置された制動ブロック３６とシャフト部１６との間には間隙が設けられている。この状態では、制動ブロック３６とシャフト部１６とは接触していないので、シャフト部１６は回転可能となっており、オペレータの手動により握り玉１７を回すことによってシャフト部１６は回転され、その先端部１６ａへの試料ホルダ９の着脱が可能となる。
【００４５】
図３に示した状態から、レバー３２を、オペレータの操作により、同図紙面の垂直方向下側（同図中の矢印Ｚ方向）に押し下げると、レバー３２は制動軸３４の軸を中心に回り、レバー３２の長手方向は当該矢印Ｚ方向に沿う方向となる。このとき、レバー３２は、ケーシング３７の第２の溝部（図示せず）に嵌入されることとなるが、ケーシング３７において上記の第１の溝部３７ａと当該第２の溝部とでは、シャフト１６との離間距離が異なり、第２の溝部の方がシャフト部１６に近い位置に設けられている。
【００４６】
このため、上述のようにレバー３２が操作されて、レバー３２がケーシング３７の第２の溝部に嵌入されると、レバー３２の位置が、第１の溝部に嵌入されていたときよりもシャフト部１６に近づく。そして、これに伴い、制動軸３４もシャフト部１６に近づくこととなり、制動軸３４の先端部に設けられた制動ブロック３６がシャフト部１６に接近して接触する。このとき、コイルスプリング３５により、制動ブロック３６にはシャフト部１６側に外力が加わることとなり、制動ブロック３６とシャフト部１６とが当該外力によって確実に係合し、シャフト部１６の回転が制動される。
【００４７】
次に、試料ホルダ９を、予備室１５を介して試料室１４内の試料ステージ１０に移載する手順について説明する。
【００４８】
まず、図３における開閉バルブ２２を閉じ、試料室１４と予備室１５との連通を遮断し、予備室１５内を大気圧の状態とする。ここで、試料室１４内は、観察時と同様に、真空引きされた状態となっている。なお、図３では、試料室１４内において試料ホルダ９に収容された試料８を観察する際の状態を示しているので、試料室１４内に試料ホルダ９及び試料８が配置されているが、ここでは、説明上、試料ホルダ９及び試料８は試料室１５内には配置されていないものとする。
【００４９】
予備室１５内が大気圧の状態となったら、ネジ１５ｄを取り外し、予備室１５の側壁１５ａが蝶番１５ｃのみによって予備室本体１５ｂに支持されている状態とし、蝶番１５ｃの軸を回転軸として側壁１５ａを動かして、図４に示すように予備室本体１５ｂの内部を開放する。そして、同図に示すごとく、シャフト部１６の先端部１６ａに試料ホルダ９を取付ける。ここで、試料ホルダ９は観察対象となっている試料８を収容している。
【００５０】
試料ホルダ９をシャフト部１６の先端部１６ａに取付ける際には、握り棒１７を回すことによりシャフト部１６を回転させ、その先端部１６ａに位置する雄ネジ１６ｃを試料ホルダ９に設けられた雌ネジ（図示せず）に螺入させる。これにより、試料ホルダ９がシャフト部１６の先端部１６ａに保持される。
【００５１】
次に、予備室１５の側壁１５ａを、蝶番１５ｃの軸を回転軸として上記とは逆方向に動かして、図５に示すように予備室本体１５ｂの内部を閉じる。そして、同図に示すごとく、ネジ１５ｄによって側壁１５ａを予備室本体１５ｂに固定する。
【００５２】
ここで、図５におけるＢ−Ｂ断面図を図６に示す。このように、シャフト部１６の先端部１６ａに試料ホルダ９が保持された状態で、試料ホルダ９が予備室１５内に配置されることとなる。この状態で、予備室１５の内部を真空引きする。そして、予備室１５の内部が所定の真空度に達したら、開閉バルブ２２を開けて、開口部１４ａを介して予備室１５と試料室１４とを連通させる。
この後、図７に示すように、オペレータの手動によりシャフト部１６を動かして、シャフト部１６の先端部１６ａを予備室１５内から試料室１４内へ移動させる。これにより当該先端部１６ａに保持されている試料ホルダ９が、試料室１４内の試料ステージ１０の台座１０ｂ上に移載される。
【００５３】
このように、試料ホルダ９を試料ステージ１０上に移載した後、オペレータが握り玉１７を上記とは逆方向に回し、シャフト部１６の先端部１６ａに設けられた雄ネジ１６ｃと試料ホルダ９の雌ネジとの螺入状態を解除し、握り玉１７を引いてシャフト部１６を引き戻すと図２及び図３に示す状態となり、試料８への観察を行うこともできる。なお、当該観察を行う際において、開閉バルブ２２は開放もしくは遮断いずれの状態であっても良い。
【００５４】
次に、上述のように試料室１４内に試料ホルダ９が配置された状態において、マニピュレータの探針を用いて試料に電圧を印加して、試料観察を行う際の手順について説明する。
【００５５】
図３に示すように、試料８を収容する試料ホルダ９が試料室１４内に配置された状態において、開閉バルブ２２を閉じ、試料室１４と予備室１５との連通を遮断し、予備室１５内を大気圧に復帰する。なお、このときも、試料室１４内は真空引きされた状態となっている。
【００５６】
予備室１５内が大気圧の状態となったら、ネジ１５ｄを取り外し、予備室１５の側壁１５ａが蝶番１５ｃのみによって予備室本体１５ｂに支持されている状態とし、蝶番１５ｃの軸を回転軸として側壁１５ａを動かして、図８に示すように予備室本体１５ｂの内部を開放する。そして、同図に示すごとく、シャフト部１６の先端部１６ａにマニピュレータ５０を取付けて保持する。
【００５７】
このマニピュレータ５０は、圧電素子等からなる駆動本体５１と、駆動本体５１の基端部に設けられた雌ネジ５５と、駆動本体５１の先端部５１ａに設けられた探針５２と、一端が駆動本体５１及び探針５２に分離して接続された複数の配線を有する配線部５３と、この配線部５３の他端に接続されたプラグ５４とを備えている。
【００５８】
ここで、マニピュレータ５０をシャフト部１６の先端部１６ａに取付ける際には、握り棒１７を回すことによりシャフト部１６を回転させ、その先端部１６ａに位置する雄ネジ１６ｃを駆動本体５１の基端部に設けられた雌ネジ５５に螺入させる。これにより、まず、マニピュレータ５０の駆動本体５１が、シャフト部１６の先端部１６ａに保持される。
【００５９】
次に、駆動本体５１につながる配線部５３に接続されたプラグ５４を、駆動用電源接続手段４１のコネクタ４６に取付ける。これにより、マニピュレータ５０の駆動本体５１は、配線部５３、プラグ５４、及びコネクタ４６を介して、駆動用電源接続手段４１の筒状部材４４内に設けられた駆動用配線４５に電気的に接続される。
【００６０】
ここで、この駆動用配線４５の端部は、図示しない駆動用電源に接続されており、当該駆動用電源の駆動制御によりマニピュレータ５０の駆動本体５１に駆動用電圧が印加されて、マニピュレータ５０が駆動される。なお、図示していないが、筒状部材４４の内部には、試料８へ印加される試料印加用電圧をマニピュレータ５０の探針５２へ供給するための電圧印加用配線も設けられている。そして、マニピュレータ５０の探針５２には、配線部５３、プラグ５４、コネクタ４６、及び電圧印加用配線を介して、試料印加用電圧源（図示せず）により試料印加用電圧が供給される。
【００６１】
次に、予備室１５の側壁１５ａを、蝶番１５ｃの軸を回転軸として上記とは逆方向に動かして、図９に示すように予備室本体１５ｂの内部を閉じる。そして、同図に示すごとく、ネジ１５ｄによって側壁１５ａを予備室本体１５ｂに固定する。さらに、制動手段３１のレバー３２を、同図に示す矢印Ｚ方向に押し下げ、これによりシャフト部１６の回転を制動状態としておく。
【００６２】
ここで、図９におけるＣ−Ｃ断面図を図１０に示す。このように、シャフト部１６の先端部１６ａにマニピュレータ５０が保持された状態で、マニピュレータ５０が予備室１５内に配置されることとなる。なお、制動手段３１のレバー３２は矢印Ｚ方向に押し下げられており、上述のごとくシャフト部１６の回転は制動状態とされている。この状態で、予備室１５の内部を真空引きする。そして、予備室１５の内部が所定の真空度に達したら、開閉バルブ２２を開けて、開口部１４ａを介して予備室１５と試料室１４とを連通させる。
【００６３】
この後、図１１に示すように、オペレータの手動によりシャフト部１６を動かして、シャフト部１６の先端部１６ａを予備室１５内から試料室１４内へ移動させ、これによりマニピュレータ５０を試料室１４内に移動させる。この際に、駆動用電源接続手段４１も同時に動くこととなり、筒状部材４４の先端部側に配置されたコネクタ４６が予備室１５内から試料室１４内へ移動する。
【００６４】
このとき、制動手段３１のレバー３２が、予備室１５の側壁１５ａに設けられた係止部材３３の係止部３３ａに係合して係止される。これにより、シャフト部１６の移動が制動され、位置固定される。
【００６５】
この状態において、試料ステージ１０の位置を適宜制御するとともに、マニピュレータ５０の駆動本体５１を適宜駆動して、試料ステージ１０に載置された試料ホルダ９に収容されている試料８に、マニピュレータ５０の探針５２を接触させる。これにより、マニピュレータ５０の探針５２によって試料８に所定の試料印加用電圧が印加された状態での試料観察を行うことができる。
【００６６】
ここで、図１１におけるＤ−Ｄ断面図を図１２に示す。同図に示すように、筒状部材４４の先端部側に配置されたコネクタ４６と、コネクタ４６に取付けられたプラグ５４と、配線部５３とが、駆動本体５１及び探針５２とともに予備室１５内から試料室１４内へ移動している。
【００６７】
さらに、上述の手順を経て、マニピュレータ５０の探針５２により試料８に試料印加用電圧が印加された状態での試料観察が相当回数行われ、探針５２が変形や摩耗により消耗した際に、探針５２を新しい探針と交換する手順について以下に説明する。
【００６８】
上記の図１１及び図１２に示す状態にて試料観察を相当回数行った後、オペレータが握り玉１７を引いてシャフト部１６を引き戻し、図９及び図１０に示すようにシャフト部１６の先端部１６ａに取付けられたマニピュレータ５０を予備室１５内に戻す。さらに開閉バルブ２２を閉じて、予備室１５内を大気圧に復帰させる。
【００６９】
その後、ネジ１５ｄを取り外し、予備室１５の側壁１５ａを、蝶番１５ｃの軸を回転軸として動かして、図８に示すように予備室本体１５ｂの内部を開放する。そして、この状態でマニピュレータ５０をシャフト部１６の先端部１６ａから取り外す。
【００７０】
このときには、まず、プラグ５４をコネクタ４６から取り外す。そして、制動手段３１のレバー３２を操作して、シャフト部１６の回転制動を解除し、握り玉１７を回すことによりシャフト部１６を回転させ、シャフト部１６の雄ネジ１６ｃとマニピュレータ５０の雌ネジ５５との螺入を解除する。これにより、マニピュレータ５０とシャフト部１６とは分離される。
【００７１】
シャフト部１６から分離されたマニピュレータ５０の探針５２をオペレータの手作業により新しい探針と交換する。新しい探針が取付けられたマニピュレータ５０は、以降、上述の手順によりシャフト部１６の先端部１６ａに取付けられ、当該先端部１６ａに保持された状態で試料室１５内に導入されて再度試料観察が行われる。
【００７２】
このような、試料ホルダ移載機構を備える荷電粒子ビーム装置においては、簡単にマニピュレータ５０を試料室１４内から外側へ取り出すことができるので、探針５２の交換作業に時間がかからない。
【００７３】
また、マニピュレータ５０の探針５２の交換のために、試料室１４内を大気圧に戻す必要がないので、交換作業終了後に試料室１４を改めて真空引きする必要がなく、装置の稼働率を低下することがない。
【００７４】
さらに、マニピュレータ５０を使用しない試料観察を行う際には、マニピュレータ５０が試料室１４内に配置されないので、試料室１４内の試料ステージ１０の可動範囲に制約が加わることがない。
【００７５】
そして、試料ホルダ移動機構１８にマニピュレータ５０を保持できる構成となっているので、マニピュレータ５０を保持するためのプローブホルダ及び当該プローブホルダ専用のエアロック室を別途装置に付加する必要がないので、装置の構図が簡易であり、コストアップとならない。
【００７６】
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されることはなく、例えば、試料ホルダ移動機構１８のシャフト部１６を、内部が中空とされたパイプ状に構成し、シャフト部１６の内部に駆動用配線４５を設け、当該駆動用配線４５に接続されたコネクタをシャフト部１６の先端部１６ａに配置するようにしても良い。この場合、上記の筒状部材４４を設ける必要がないので、装置構成をさらに簡易なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における走査電子顕微鏡（荷電粒子ビーム装置）を示す概略構成図である。
【図２】図１の要部を拡大した断面図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ断面図である。
【図４】予備室本体の内部を開放した状態を示す図である。
【図５】予備室本体の内部を閉じた状態を示す図である。
【図６】図５におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図７】試料ホルダを試料室内に移動した状態を示す図である。
【図８】予備室本体の内部を開放した状態を示す図である。
【図９】予備室本体の内部を閉じた状態を示す図である。
【図１０】図９におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図１１】マニピュレータを試料室内に移動した状態を示す図である。
【図１２】図１１におけるＤ−Ｄ断面図である。
【図１３】従来技術における走査電子顕微鏡（荷電粒子ビーム装置）を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１…電子銃（荷電粒子ビーム源），２…集束レンズ，３…走査コイル，４…対物レンズ，５…電子ビーム（荷電粒子ビーム），８…試料，９…試料ホルダ，１０…試料ステージ，１４…試料室，１５…予備室，１６…シャフト部，１６ａ…先端部，１６ｂ…基端部，１８…試料ホルダ移動機構，４５…駆動用配線，５０…マニピュレータ，５１…駆動本体，５２…探針
【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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【図１３】
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