(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハを上面に載置可能なウエハホルダと、
前記ウエハホルダ及び該ウエハホルダに載置された状態の前記ウエハを、静電気力でそれぞれ別々に吸着保持可能な静電チャックを上面に有する試料台と、
前記試料台の上面に設けられ、前記ウエハが前記静電チャックに吸着保持される際に、ウエハの下面に接触して該ウエハのアースを確保するアース端子と、を備え、
前記アース端子は、
前記静電チャックよりも低い高さで前記試料台の上面に載置された筒体と、
先端が突起状に形成され、基端側が前記筒体の内部に収納された状態で該筒体に対して移動自在に配置された導電性のアースピンと、
前記筒体の内部に設けられ、前記アースピンを前記ウエハの表面に対して垂直な鉛直方向に向けて所定の弾性力で付勢し、アースピンの先端を前記静電チャックよりも上方に突出させる付勢部材と、
前記アースピンが前記鉛直方向に沿って移動する際に、該アースピンを鉛直軸回りに回転させる回転機構と、を備えていることを特徴とするウエハアース機構。
【請求項２】
請求項１に記載のウエハアース機構において、
前記回転機構は、
前記鉛直軸を中心として前記筒体に螺旋状に形成された案内溝と、
前記アースピンの基端側に連結され、前記案内溝に沿って移動する案内ピンと、を備えていることを特徴とするウエハアース機構。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のウエハアース機構において、
前記アースピンが、平行に複数本設けられていることを特徴とするウエハアース機構。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のウエハアース機構において、
先端が突起状に形成された複数の補助アースピンが、前記アースピンを放射状に取り囲むように該アースピンの先端側に固定されていることを特徴とするウエハアース機構。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載のウエハアース機構において、
前記アースピンは、所定の硬さを有した材料により形成されていることを特徴とするウエハアース機構。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載のウエハアース機構と、
該ウエハアース機構を内部に収容すると共に該内部を真空状態に調整可能な試料室と、
該試料室の外部に設けられ、多関節の搬送アームを利用して前記ウエハホルダを試料室内に搬入した後、前記静電チャック上に受け渡す、或いは、前記静電チャック上から前記ウエハホルダを受け取った後、前記試料室内から搬出する搬送ロボットと、
前記試料室の内部に収容された前記ウエハに荷電粒子ビームを照射して、ウエハから断面試料を作製する荷電粒子ビーム鏡筒と、を備えていることを特徴とする試料作製装置。
【請求項７】
請求項６に記載の試料作製装置において、
前記試料台は、前記静電チャックで吸着保持した前記ウエハ及び前記ウエハホルダを、少なくとも水平方向及び前記鉛直方向の３方向に移動可能なステージであることを特徴とする試料作製装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウエハのアースを確保しながら該ウエハを保持するウエハアース機構、該ウエハアース機構を備えた試料作製装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体等のウエハの製造過程で発生した欠陥の評価には、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）が使用されており、ウエハから極薄に切断された断面試料によって観察が行われる。このような極薄の断面試料の作製には、集束イオンビーム鏡筒を有する試料作製装置が使用される。即ち、ウエハの所定箇所に集束イオンビーム鏡筒によって集束イオンビームを照射してエッチングし、透過電子顕微鏡で観察することが可能な厚さの薄片部を形成して断面試料を作製する。そして、この断面試料をウエハから取り出して、透過電子顕微鏡まで搬送することで断面試料の観察を行う。
【０００３】
従来、このような集束イオンビーム鏡筒とウエハの搬送機構とを備えている試料作製装置では、積極的なアース機構を設けることが難しかった。そのため、長時間集束イオンビームを照射することで、ウエハ内の帯電が蓄積して集束イオンビームのドリフト等が生じてしまい、集束イオンビーム光学系の性能に影響を及ぼしてしまうものであった。
【０００４】
ところで、ウエハ等の試料に対して積極的にアースをとる機構として、試料接地機構を有する電子線露光装置が知られている（特許文献１参照）。
この装置は、ウエハ等の試料の表面に接触して該試料を接地させる接地電極と、該接地電極と試料との間に表面活性電流を流して接地電極と試料との間の接触抵抗を低減させる電源と、を備えている。この装置によれば、パーティクルの発生を抑えつつ、試料と接地電極との抵抗を低減することができ、帯電の蓄積を防止することができる。
【特許文献１】特開２００６−１３０４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来の装置には、まだ以下の課題が残されていた。
即ち、表面活性化電流を流すためには、上述した接地電極及び電源に加え、実際には電源による印加電流を制御する電源コントローラや、接地電極と試料との間の接触抵抗を測るための抵抗測定器や、接地電極を選択的に電源或いは抵抗測定器に接続したり、接地させたりする切替器等が必要である。そのため、試料接地機構の構成が複雑化、大型化してしまい、現実的なものではなかった。
【０００６】
また、試料がシリコン基板等のウエハである場合には、表面活性化電流を流すことで、前工程までに既に形成されていたウエハ上の半導体回路を損傷させてしまう可能性があり、ウエハ自体の商品価値に影響を及ぼす可能性もあった。
特に、ウエハの表面には表面酸化膜が形成されており、膜種によってはダイヤモンドと同程度の硬度を持つものもある。このような表面酸化膜の場合には、突き破るのは難しい。多くの場合には、先端が鋭利な形状をしたピンを背面側からバネ等でウエハに押し付けてアース端子とする方式や、板バネ等を押し付けてアース端子とする方式が多いが、酸化膜が硬いため、いずれの方式を接地電極に採用したとしても、表面酸化膜を突き破ることが難しい。そのため、表面活性化電流を流すことができなかった。
【０００７】
仮に、上述したピンや板バネ方式を採用したうえで、アース端子をウエハに強く接触させることができれば、ウエハの表面酸化膜を突き破ることができる可能性はある。しかしながら、従来の装置のように静電チャックを利用してウエハを保持する保持方式では、アース端子の接触力の影響を受けて、静電チャックによるウエハ吸着が不可能となる可能性も考えられる。  
また、アース端子は、ウエハの上面側（集束イオンビーム照射側)に設置するのが適当であるが、集束イオンビーム光学系のワークディスタンスの短縮化による性能向上策のため、アース端子と集束イオンビーム光学系との接触が生じ易く、部品の破損を招き易かった。特に、試料ステージの移動によって、アース端子と集束イオンビーム光学系とが接触し易くなるので、部品の破損がより顕著に発生し易かった。
【０００８】
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、その目的は、簡単な構成で、しかもウエハに特別な電流を流すことなく表面酸化膜を確実に突き破ることができ、アースを確保しながら該ウエハを静電チャックによって吸着保持することができるウエハアース機構、該ウエハアース機構を備え、保持されたウエハから断面試料を作製する試料作製装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明に係るウエハアース機構は、ウエハを上面に載置可能なウエハホルダと、前記ウエハホルダ及び該ウエハホルダに載置された状態の前記ウエハを、静電気力でそれぞれ別々に吸着保持可能な静電チャックを上面に有する試料台と、前記試料台の上面に設けられ、前記ウエハが前記静電チャックに吸着保持される際に、ウエハの下面に接触して該ウエハのアースを確保するアース端子と、を備え、前記アース端子が、前記静電チャックよりも低い高さで前記試料台の上面に載置された筒体と、先端が突起状に形成され、基端側が前記筒体の内部に収納された状態で該筒体に対して移動自在に配置された導電性のアースピンと、前記筒体の内部に設けられ、前記アースピンを前記ウエハの表面に対して垂直な鉛直方向に向けて所定の弾性力で付勢し、アースピンの先端を前記静電チャックよりも上方に突出させる付勢部材と、前記アースピンが前記鉛直方向に沿って移動する際に、該アースピンを鉛直軸回りに回転させる回転機構と、を備えていることを特徴とするものである。
【００１０】
この発明に係るウエハアース機構においては、試料台の上面に静電チャックとは別に、アース端子が設けられている。この際、アース端子のアースピンは、付勢部材によって所定の弾性力で付勢されており、突起状に形成された先端が静電チャックよりも上方に突出した状態となっている。
そのため、ウエハが上面に載置されたウエハホルダを静電チャック上に載置すると、最初にアースピンの先端がウエハの下面に接触する。すると、これ以降アースピンは、ウエハの自重によって付勢方向とは逆方向に、弾性力に抗する力で押される。そのため、アースピンは、鉛直方向に沿って筒体の内部に押し込まれるように移動する。この際、アースピンは、単に押し込まれるのではなく、回転機構によって鉛直軸回りに回転しながら押し込まれる。つまり、アースピンは、ウエハによって押し込まれる際に、あたかもドリルのように回転する。
【００１１】
しかもその間、アースピンは押し込まれながらも付勢部材によってウエハ側に付勢されている。よって、アースピンの先端は、ウエハの下面に常に押し当てられた状態となっている。そのため、ウエハ及びウエハホルダが静電チャックに載置するまでの間に、アースピンの先端がウエハの表面酸化膜をドリルのように切削して突き破る。その結果、導電性のアースピンは、表面酸化膜下のウエハ本体に到達する。これにより、ウエハのアースを確実に確保することができる。
そして、ウエハ及びウエハホルダが静電チャック上に載置された後に、静電チャックを作動させる。これにより、ウエハホルダ及びウエハを静電チャックによりそれぞれ別々に吸着保持することができる。
【００１２】
上述したように、アースピンをドリルのように回転させ、回転力を利用して表面酸化膜を切削することができるので、単にアースピンを押し当てる場合とは異なり、硬い酸化膜であったとしても確実にアースを確保することができる。  
しかも、従来のようにウエハに特別な電流（表面活性化電流）を流す必要がないので、これに付随する各構成品（電源等）が不要である。よって、構成の簡略化及び小型化を図ることができる。加えて、ウエハの自重を利用してアースピンを押し込むだけの簡単な構成であるので、この点においても、構成の簡略化及び小型化を図りやすい。また、従来のようにウエハに特別な電流を流してアースを確保する必要がないので、仮にウエハに半導体回路が形成されていたとしても、該回路に何ら影響を与える恐れがない。よって、ウエハの商品価値を損なわせる恐れがない。
【００１３】
更に、アースピンは、ウエハの自重によって押し込まれるので、アースピンからウエハに伝わる押圧力が軽減されている。そのため、静電チャックによって、ウエハ及びウエハホルダを吸着保持する際に、従来と略同じ吸着力で確実に吸着保持することができる。
【００１４】
上述したように、本発明に係るウエハアース機構によれば、簡単な構成で、しかもウエハに特別な電流を流すことなく表面酸化膜を確実に突き破ることができ、アースを確保しながらウエハを静電チャックによって吸着保持することができる。特に、いかなる表面酸化膜であっても対応することができ、ウエハの種類に関係なく確実なアースを確保することができる。
【００１５】
また、本発明に係るウエハアース機構は、上記本発明のウエハアース機構において、前記回転機構が、前記鉛直軸を中心として前記筒体に螺旋状に形成された案内溝と、前記アースピンの基端側に連結され、前記案内溝に沿って移動する案内ピンと、を備えていることを特徴とするものである。
【００１６】
この発明に係るウエハアース機構においては、アースピンが筒体の内部に押し込まれると、アースピンに連結された案内ピンが案内溝に沿って螺旋状に移動する。そのため、アースピンは、鉛直軸回りに回転する。このように、動力を利用しない簡単な構成で回転機構を構成できるので、構成の簡略化を図ることができる。
【００１７】
また、本発明に係るウエハアース機構は、上記本発明のウエハアース機構において、前記アースピンが、平行に複数本設けられていることを特徴とするものである。
【００１８】
この発明に係るウエハアース機構においては、平行に配置された複数本のアースピンを回転させることができるので、より効率良くウエハの表面酸化膜を切削することができる。従って、より確実にウエハのアースを確保することができる。
【００１９】
また、本発明に係るウエハアース機構は、上記本発明のウエハアース機構において、先端が突起状に形成された複数の補助アースピンが、前記アースピンを放射状に取り囲むように該アースピンの先端側に固定されていることを特徴とするものである。
【００２０】
この発明に係るウエハアース機構においては、複数の補助アースピンがアースピンを放射状に取り囲んでいるので、より効率良くウエハの表面酸化膜を切削することができる。従って、より確実にウエハのアースを確保することができる。
【００２１】
また、本発明に係るウエハアース機構は、上記本発明のウエハアース機構において、前記アースピンが、所定の硬さを有した材料により形成されていることを特徴とするものである。
【００２２】
この発明に係るウエハアース機構においては、アースピンが所定の硬さを有する材料で形成されているので、例えば、ダイヤモンド並みの硬さを持たせることができる。従って、より短時間で効率良く表面酸化膜を切削することができ、アースの確実性をさらに高めることができる。
【００２３】
また、本発明に係る試料作製装置は、上記本発明のウエハアース機構と、該ウエハアース機構を内部に収容すると共に該内部を真空状態に調整可能な試料室と、該試料室の外部に設けられ、多関節の搬送アームを利用して前記ウエハホルダを試料室内に搬入した後、前記静電チャック上に受け渡す、或いは、前記静電チャック上から前記ウエハホルダを受け取った後、前記試料室内から搬出する搬送ロボットと、前記試料室の内部に収容された前記ウエハに荷電粒子ビームを照射して、ウエハから断面試料を作製する荷電粒子ビーム鏡筒と、を備えていることを特徴とするものである。
【００２４】
この発明に係る試料作製装置においては、断面試料を作製するにあたり、まず搬送ロボットが多関節アームを利用して、ウエハが載置されたウエハホルダを試料室内に搬入する。そして、搬入したウエハホルダを試料室の内部に収容された試料台の静電チャック上に載置する。そして、ウエハアース機構を作動させる。これにより、ウエハのアースを確保しながら、該ウエハを静電チャックによって吸着保持することができる。特に、アース端子は、ウエハの下方に配置されているので、搬送ロボットによるウエハの搬送動作に何ら影響を与えることがない。よって、搬送ロボットは、ウエハをスムーズに搬入することができると共に、位置ずれさせることなく正確に静電チャックにウエハを受け渡すことができる。
【００２５】
その後、試料室の内部を真空状態に調整した後、荷電粒子ビーム鏡筒からウエハに荷電粒子ビームを照射して断面試料を作製する。この際、試料室の内部は真空状態に調整されているので、塵埃等が排除されて清浄な状態に設定されている。そのため、高品質な断面試料を作製することができる。
特に、ウエハアース機構によってウエハのアースが確実に確保されているので、長時間荷電粒子ビームを照射したとしても、ウエハ内に帯電が蓄積されることがない。特に、ウエハアース機構は、いかなるウエハにも対応できるので、ウエハ内の帯電を常に適正に開放（逃がす）することができる。よって、帯電が蓄積されるチャージアップ現象に起因する荷電粒子ビームのドリフトの発生を最少限に抑えることができ、狙った位置に高精度に荷電粒子ビームを照射して、高品質な断面試料を作製することができる。
【００２６】
また、ウエハアース機構は、従来と略同じ吸着力でウエハを吸着保持できるので、必要以上に高い電圧を印加させて静電チャックの静電気力を高める必要がない。仮に、高い電圧を静電チャックに印加した場合には、静電チャックから漏れた電流によって荷電粒子ビームに曲げや散乱等が発生してしまい、荷電粒子ビーム光学系の性能劣化を招いてしまう。しかしながら、高い電圧を印加する必要がないので、このような不具合が発生する可能性がない。
【００２７】
また、本発明に係る試料作製装置は、上記本発明の試料作製装置において、前記試料台が、前記静電チャックで吸着保持した前記ウエハ及び前記ウエハホルダを、少なくとも水平方向及び前記鉛直方向の３方向に移動可能なステージであることを特徴とするものである。
【００２８】
この発明に係る試料作製装置においては、ウエハ側を水平方向及び鉛直方向の３方向に移動させることができるので、荷電粒子ビームをより狙った位置に照射することができ、より高品質な断面試料を作製することができる。特に、ウエハアース機構は、ウエハの下方に配置されているので、ウエハを３方向に移動させたとしても、ウエハアース機構と荷電粒子ビーム鏡筒が接触する恐れがない。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係るウエハアース機構によれば、簡単な構成で、しかもウエハに特別な電流を流すことなく表面酸化膜を確実に突き破ることができ、アースを確保しながらウエハを静電チャックによって吸着保持することができる。
また、本発明に係る試料作製装置によれば、上述したウエハアース機構を備えているので、ウエハの狙った位置に高精度に荷電粒子ビームを照射でき、高品質な断面試料を作製することができる。また、荷電粒子ビーム光学系の性能劣化を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明に係る一実施形態について、図１から図１７を参照して説明する。
本実施形態の試料作製装置１は、図１に示すように、ウエハホルダ１０を使用することによって略板状のウエハＷを試料室２まで搬送し、試料室２の内部２ａにおいて集束イオンビーム（荷電粒子ビーム）Ｉを照射して断面試料Ｓを作製する装置である。なお、ウエハＷは、例えばシリコン基板であり、下面に表面酸化膜Ｗａが生成されたものである。
【００３１】
試料作製装置１は、図１に示すように、ウエハアース機構３と、該ウエハアース機構３を内部２ａに収容すると共に該内部２ａを真空状態に調整可能な試料室２と、該試料室２の外部に設けられ、試料室２に対してウエハホルダ１０を搬入出させる内部搬送ロボット（搬送ロボット）４と、試料室２の内部２ａに収容されたウエハＷに集束イオンビームＩを照射して、ウエハＷから断面試料Ｓを作製する集束イオンビーム鏡筒（荷電粒子ビーム鏡筒）５と、を備えている。
【００３２】
上記ウエハアース機構３は、図１及び図２に示すように、ウエハＷを上面に載置可能なウエハホルダ１０と、ウエハホルダ１０及びウエハホルダ１０に載置された状態のウエハＷを、静電気力でそれぞれ別々に吸着保持可能な静電チャック２０を上面に有する試料ステージ（試料台）２１と、該試料ステージ２１の上面に設けられ、ウエハＷが静電チャック２０に吸着保持される際に、ウエハＷの下面に接触して該ウエハＷのアースを確保するアース端子２２と、を備えている。
【００３３】
上記ウエハホルダ１０は、図３及び図４に示すように、中央に開口部１１ａを有する枠状に形成され、上面１１ｂにウエハＷを載置可能なホルダ本体１１と、ホルダ本体１１に載置されたウエハＷの外周Ｗ１に当接し、ウエハＷをホルダ本体１１上で位置決めするガイド部１２とを備えている。
ガイド部１２は、ホルダ本体１１の外周部１１ｃにおいて、等間隔に隙間を空けた４箇所に設けられていて、この隙間にウエハＷから作製された断面試料Ｓを保持する断面試料保持部１３が設けられている。この断面試料保持部１３は、ホルダ本体１１に装着される試料カセット１４と、試料カセット１４に装着される固定台１５と、固定台１５に挟持される略板状の試料台１６とで構成されている。
【００３４】
試料カセット１４のそれぞれは、ホルダ本体１１の外周部１１ｃに設けられた一対の係合凸部１１ｅによって着脱可能に嵌合されている。また、試料カセット１４には、４つの凹部１４ａが形成されており、各凹部１４ａに一つずつ固定台１５が着脱可能に嵌合されている。
【００３５】
固定台１５は、図５及び図６に示すように、基部１５ａと、固定部１５ｂとで構成され、基部１５ａ及び固定部１５ｂに連通するネジ穴１５ｃが形成されている。即ち、固定台１５は、試料台１６を基部１５ａと固定部１５ｂとの間に挟み込み、ネジ穴１５ｃに固定ネジ１５ｄを締め込むことで、試料台１６を挟持することが可能である。
試料台１６は、図７に示すように、略板状の金属メッシュ１７ュと、該金属メッシュ１７の上部に形成された支持部１８とで構成されている。なお、図７は、断面試料Ｓが固定された状態を図示していると共に、断面試料Ｓを支持部１８の側面１８ａに接着し、断面試料Ｓが接着された部分を切欠いて観察用窓部１８ｂを形成した状態を図示している。
【００３６】
上記試料ステージ２１は、図２に示すように、静電チャック２０で吸着保持したウエハＷ及びウエハホルダ１０を、水平方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）及び鉛直方向（Ｚ軸方向）の３方向に移動させて位置調整可能で、且つ、Ｚ軸回りに回転可能に支持するステージである。但し、この場合に限定されず、試料ステージ２１は少なくとも３方向に位置調整可能に構成されていれば構わない。
そして、この試料ステージ２１の上面には、上述したように静電チャック２０及びアース端子２２が設けられている。
【００３７】
静電チャック２０は、第一の静電チャック２０ａと、第二の静電チャック２０ｂとから構成されている。第一の静電チャック２０ａは、ウエハホルダ１０のホルダ本体１１と対応する枠状に形成されており、該ホルダ本体１１を吸着保持可能とされている。第二の静電チャック２０ｂは、第一の静電チャック２０ａの内側に設けられている。この際、第二の静電チャック２０ｂは、ホルダ本体１１に載置されたウエハＷを吸着保持できるように、第一の静電チャック２０ａよりも上方に突出した状態となっている。より詳しく説明すると、第二の静電チャック２０ｂは、ホルダ本体１１の部材厚と略等しい寸法だけ第一の静電チャック２０ａから上方に突出している。
これら第一の静電チャック２０ａ及び第二の静電チャック２０ｂは、図示しない制御部によってそれぞれ独立して設定された電圧値に基づいた電圧が印加されたときに、その電圧値に応じた静電気力を発生させ、ウエハホルダ１０のホルダ本体１１及びウエハＷのそれぞれを吸着保持することが可能とされている。
【００３８】
なお、第二の静電チャック２０ｂには、アース端子２２が配置されるための凹部２０ｃが形成されている。また、第二の静電チャック２０ｂの中央部には、内部搬送ロボット４の先端アーム４ｃを挿入可能な挿入溝２０ｄが設けられている。
【００３９】
アース端子２２は、上記凹部２０ｃ内に収納された状態で、試料ステージ２１の上面に複数設けられている。このアース端子２２は、図８及び図９に示すように、ピンホルダ（筒体）２５と、ピン２６（アースピン）と、コイルバネ（付勢部材）２７と、案内溝２８と、回転ピン２９（案内ピン）とを有している。
ピンホルダ２５は、有底円筒状に形成されており、第二の静電チャック２０ｂよりも低い高さで試料ステージ２１の上面に載置されている。この際、ピンホルダ２５は、Ｚ軸に沿って立設するように設けられており、上端の略中心にピン２６を挿通させるための挿通孔２５ａが形成されている。
【００４０】
ピン２６は、導電性を有する材料により先端が突起状になるように形成されたピンであり、ピンホルダ２５の挿通孔２５ａ内に挿通されている。この際ピン２６は、基端側がピンホルダ２５の内部に収納された状態で、Ｚ軸方向に移動自在とされている。また、ピン２６の基端側には、上記回転ピン２９が連結されている。コイルバネ２７は、ピンホルダ２５の内部に設けられており、ピン２６をウエハＷの表面に対して垂直な方向であるＺ軸方向に向けて所定の弾性力で付勢している。これにより、ピン２６は、先端が第二の静電チャック２０ｂよりも上方に突出した状態となっている。
【００４１】
また、ピンホルダ２５には、上記案内溝２８がＺ軸を中心として螺旋状に形成されている。そして、この案内溝２８には、ピン２６に連結された回転ピン２９が挿通されており、案内溝２８に沿って移動するようになっている。これにより、ピン２６は、Ｚ軸方向に沿って移動する際に、Ｚ軸回りに回転するようになっている。
即ち、案内溝２８及び回転ピン２９は、ピン２６がＺ軸方向に沿って移動する際に該ピン２６をＺ軸回りに回転させる回転機構２４として機能する。
【００４２】
このように構成されたウエハアース機構３の試料ステージ２１の上方には、図１に示すように、試料ステージ２１上においてウエハホルダ１０に保持されたウエハＷに集束イオンビームＩを照射可能な集束イオンビーム鏡筒５が設けられている。
この集束イオンビーム鏡筒５は、ガリウムイオン等のイオン源を内部に有しており、電圧を印加することでイオン源からイオンを引き出して加速させた後、静電レンズによって集束させることで、集束イオンビームＩを照射することが可能なものである。また、集束イオンビーム鏡筒５は、図示しない偏向電極を有しており、所定範囲において集束イオンビームＩの照射位置を調整することが可能であり、試料ステージ２１と協働することで、ウエハＷの所定位置を照射することを可能としている。
【００４３】
また、試料室２の内部２ａには、集束イオンビームＩの照射位置にデポジションガスを噴出させることが可能なガス銃３０が設けられている。ガス銃３０から噴出されるデポジションガスとは、例えば、Ｗ（ＣＯ）６であり、集束イオンビームＩの照射と共に照射位置に噴出させることで、照射位置にタングステンで形成されたデポジション膜を成膜することができるものである。なお、デポジションガスは、上記に限られず、デポジション膜を形成する材質によって適時選択可能なものである。また、集束イオンビーム鏡筒５とガス銃３０とは、接着手段３１を構成しており、試料台１６の支持部１８に断面試料Ｓを接着することが可能とされている。これについては、後に説明する。
【００４４】
また、試料室２の内部２ａには、集束イオンビームＩによって作製された断面試料ＳをウエハＷから採取して、ウエハホルダ１０の断面試料保持部１３まで搬送する採取・搬送手段であるプローブ３２が設けられている。このプローブ３２は、例えば、ガラスで形成されたもので、ガラス棒を加熱し、引き伸ばした先端部分を切断することによって得られる極細の棒状の部材である。このようなプローブ３２によれば、断面試料Ｓに接触させることで、プローブ３２と断面試料Ｓとの間に静電気力が生じるので、断面試料Ｓを吸着し、搬送することが可能とされている。
【００４５】
また、試料室２には、ロードロック室３５が隣接して設けられている。このロードロック室３５は、ロボット室３６と、ホルダ室３７との２室によって構成されている。ロボット室３６は、開閉可能な試料室バルブ３８によって試料室２と接続されている。また、ロボット室３６とホルダ室３７とは、開閉可能なゲートバルブ３９によって接続されている。
更に、ホルダ室３７には、外部と接続する開閉可能な外部バルブ４０として、ウエハＷを搬送するためのウエハ用バルブ４０ａと、ウエハホルダ１０を搬送するためのホルダ用バルブ４０ｂとが異なる方向に向って設けられている。より詳しくは、ホルダ室３７において、ゲートバルブ３９とホルダ用バルブ４０ｂとが対向して設けられていると共に、ウエハ用バルブ４０ａがゲートバルブ３９及びホルダ用バルブ４０ｂと直交する向きに設けられている。
【００４６】
上述した試料室２、ロボット室３６及びホルダ室３７のそれぞれは、図示しない排気手段を有しており、試料室バルブ３８、ゲートバルブ３９、ウエハ用バルブ４０ａ及びホルダ用バルブ４０ｂをそれぞれ閉塞することで、独立して内部を真空状態となるまで排気することが可能である。
【００４７】
上記内部搬送ロボット４は、試料室２の外部であるロボット室３６に設けられている。この内部搬送ロボット４は、基端アーム４ａ、中間アーム４ｂ、先端アーム４ｃという３つのアームからなる多関節の搬送アーム４Ａを利用して、後述するホルダ室３７内のホルダ台４１と、試料室２の内部２ａの試料ステージ２１との間で、ウエハホルダ１０を搬入出している。つまり、ウエハホルダ１０を試料室２の内部２ａに搬入した後、静電チャック２０上に受け渡す、或いは、静電チャック２０上からウエハホルダ１０を受け取った後、試料室２の内部２ａから搬出している。なお、多関節の搬送アーム４Ａは、図示しない駆動部によってそれぞれ回転自在に設定されている。
【００４８】
ホルダ室３７には、ウエハホルダ１０を、下方に空間を有した状態で配置させることが可能なホルダ台４１が設けられている。
このホルダ台４１は、図１及び図１０に示すように、ウエハ用バルブ４０ａから外部へウエハＷが搬送される方向に並べて設けられた２つの主台４２と、ロボット室３６からゲートバルブ３９を介してホルダ室３７へと、また、ホルダ用バルブ４０ｂから外部へとウエハホルダ１０を搬送する搬送経路に、隙間を有して設けられた４つの副台４３とで構成されている。
主台４２の上部には、ウエハホルダ１０の形状に対応する段部４２ａが形成された受部材４２ｂが設けられている。そして、段部４２ａと、ウエハホルダ１０のホルダ本体１１の下面及びガイド部１２の側面１２ａとが当接することで、ウエハホルダ１０を支持すると共に、位置決めすることが可能とされている。また、副台４３の上部には、受部材４３ａが設けられており、ウエハホルダ１０のホルダ本体１１の下面に当接してウエハホルダ１０を支持することが可能とされている。
【００４９】
また、ホルダ室３７の床には、収容凹部３７ａが設けられており、収容凹部３７ａの内部には、エレベータ４４が設けられている。
このエレベータ４４は、収容凹部３７ａの底面に固定され、図示しない駆動部によって上下に伸縮可能なシリンダ４４ａと、シリンダ４４ａの上端部において、水平な３方向に延設されたアーム４４ｂと、アーム４４ｂの先端部において上方に突出して設けられた支持ピン４４ｃとを備えている。また、このエレベータ４４は、図１０に示すように、ホルダ台４１にウエハＷを保持したウエハホルダ１０が載置される際に、シリンダ４４ａが縮んでウエハホルダ１０の下方の空間に配置されるようになっている。また、シリンダ４４ａを伸ばした状態にすることで、支持ピン４４ｃをウエハＷの下面に当接させて、ウエハＷを持ち上げることが可能とされている。
【００５０】
なお、エレベータ４４は、収容凹部３７ａの内部に設けられるものとしたが、ホルダ台４１を高く設定することで、ホルダ室３７の床とウエハホルダ１０との間の空間にエレベータ４４を配置可能であれば、収容凹部３７ａを設けずに直接ホルダ室３７の床にエレベータ４４を設けるものとしても良い。
【００５１】
また、図１に示すように、ホルダ室３７のウエハ用バルブ４０ａ側の外部には、ウエハＷを搬送するウエハ搬送ロボット５０と、断面試料Ｓを作製する前後の各ウエハＷを複数収容するウエハカセット５１、５２と、ウエハＷの向きを検出するウエハライナ５３とが配置されている。
ウエハ搬送ロボット５０は、本実施形態においては、４つのアームである基端アーム５０ａ、中間アーム５０ｂ及び先端アーム５０ｃで構成されており、図示しない駆動部によってそれぞれ回転自在に設定されている。先端アーム５０ｃには、ウエハＷを載置させることが可能とされている。そして、基端アーム５０ａ、中間アーム５０ｂ及び先端アーム５０ｃが協働することによって、ウエハカセット５１、５２のそれぞれとホルダ室３７の内部との間でウエハＷを受渡しすることが可能とされている。
【００５２】
また、ホルダ室３７のホルダ用バルブ４０ｂ側の外部には、ウエハホルダ１０を搬送するホルダ搬送ロボット５５と、搬送されたウエハホルダ１０を載置するホルダ載置部５６とが設けられている。
ホルダ搬送ロボット５５は、本実施形態においては、３つのアームである基端アーム５５ａ、中間アーム５５ｂ及び先端アーム５５ｃで構成されており、図示しない駆動部によって基端アーム５５ａ及び中間アーム５５ｂが回転自在に設定されている。また、先端アーム５５ｃは、中間アーム５５ｂ上で自在にスライドするように設定されている。そして、基端アーム５５ａ、中間アーム５５ｂ及び先端アーム５５ｃが協働することによって、ホルダ室３７の内部とホルダ載置部５６との間でウエハホルダ１０の受渡しが可能とされている。
【００５３】
次に、このように構成された試料作製装置１の作用について説明する。
なお、図１１に示すように、内部搬送ロボット４によりウエハホルダ１０を試料室２の内部２ａに搬入する状態から説明する。この際、試料室２の内部２ａと、ロボット室３６の内部とは、既に共に図示しない排気手段によって真空状態に調整された状態になっているものとする。また、内部搬送ロボット４は、先端アーム４ｃをウエハホルダ１０の下面に当接させた状態で、ウエハＷが載置されたウエハホルダ１０を既に持ち上げているものとする。
【００５４】
まず、内部搬送ロボット４は、搬送アーム４Ａを適宜回転させて、持ち上げたウエハホルダ１０を試料室２の内部２ａに搬入すると共に、搬入したウエハホルダ１０を第一の静電チャック２０ａ上に受け渡すようにゆっくりと載置する。この際、内部搬送ロボット４は、図２に示すように第二の静電チャック２０ｂの中央部に形成された挿入溝２０ｄに先端アーム４ｃを挿入することで、ウエハホルダ１０を第一の静電チャック２０ａ上に載置することができる。
ところで、ウエハホルダ１０を第一の静電チャック２０ａ上に載置し始めると、第二の静電チャック２０ｂよりも上方に突出しているピン２６の先端がウエハホルダ１０に載置されているウエハＷの下面に最初に接触する。すると、これ以降ピン２６は、ウエハＷの自重によってコイルバネ２７による付勢方向とは逆方向に、弾性力に抗する力で押される。そのため、ピン２６は、Ｚ軸方向に沿ってピンホルダ２５の内部に押し込まれるように移動する。この際、ピン２６は、単に押し込まれるのではなく、回転機構２４によってＺ軸回りに回転しながら押し込まれる。
【００５５】
つまり、ピン２６がピンホルダ２５の内部に押し込まれると、ピン２６に連結された回転ピン２９が案内溝２８に沿って螺旋状に移動する。そのため、ピン２６は、ウエハＷの自重によってピンホルダ２５に押し込まれる際に、あたかもドリルのように回転する。しかもその間、ピン２６は押し込まれながらもコイルバネ２７によってウエハＷ側に付勢されている。よって、ピン２６の先端は、ウエハＷの下面に常に押し当てられた状態となっている。そのため、ウエハホルダ１０及びウエハＷが第一の静電チャック２０ａ及び第二の静電チャック２０ｂに載置されるまでの間に、ピン２６の先端がウエハＷの表面酸化膜Ｗａをドリルのように切削して突き破る。その結果、導電性のピン２６は、図２に示すように表面酸化膜Ｗａ下のウエハ本体に達する。これにより、ウエハＷのアースを確実に確保することができる。
【００５６】
このように、ピン２６をドリルのように回転させ、回転力を利用して表面酸化膜Ｗａを切削することができるので、単にピン２６を押し当てる場合とは異なり、硬い表面酸化膜Ｗａであったとしても確実にアースを確保することができる。しかも、従来のようにウエハＷに特別な電流（表面活性化電流）を流す必要がないので、これに付随する専用の各構成品（電源等）が不要である。よって、ウエハアース機構３の構成を簡略化して小型化を図ることができる。加えて、ウエハＷの自重を利用してピン２６を押し込むだけの簡単な構成であるので、この点においても構成の簡略化及び小型化を図りやすい。また、従来のようにウエハＷに特別な電流を流してアースを確保する必要がないので、仮にウエハＷに半導体回路が形成されていたとしても、該回路に何ら影響を与える恐れがない。よって、ウエハＷの商品価値を損なわせる恐れがない。
【００５７】
そして、ウエハホルダ１０及びウエハＷが、第一の静電チャック２０ａ及び第二の静電チャック２０ｂ上に載置された後に、両静電チャック２０ａ、２０ｂに電圧を印加して静電気力を発生させる。これにより、ウエハホルダ１０及びウエハＷは、両静電チャック２０ａ、２０ｂによってそれぞれ別々に吸着保持される。特に、ウエハアース機構３のピン２６は、ウエハＷの自重によって押し込まれる構成であるので、ピン２６からウエハＷに伝わる押圧力は軽減されている。そのため、両静電チャック２０ａ、２０ｂによってウエハホルダ１０及びウエハＷを吸着保持する際に、従来と略同じ吸着力で確実に吸着保持することができる。
【００５８】
そして、吸着保持が終了した後、内部搬送ロボット４を作動させて、先端アーム４ｃを挿入溝２０ｄから引き抜くと共に、搬送アーム４Ａ全体を試料室２からロボット室３６内に退出させる。特に、ウエハアース機構３のアース端子２２は、ウエハＷの下方に配置されているので、内部搬送ロボット４によるウエハＷの搬送動作に何ら影響を与えることがない。その後、試料室バルブ３８を閉塞して試料室２を密閉状態にした後、断面試料Ｓの作製を行う。
【００５９】
まず、図１２（ａ）に示すように、ウエハホルダ１０に保持されたウエハＷの所定位置において集束イオンビーム鏡筒５から集束イオンビームＩを照射し、極薄の断面試料Ｓの形状となるようにエッチングし、薄片化する。ここで、ウエハホルダ１０及びウエハＷは、第一の静電チャック２０ａ及び第二の静電チャック２０ｂで静電気力によって吸着保持されている。このため、作業者が介在すること無く試料室２の内部２ａを真空状態としたまま脱着することができ、作業者を原因とする塵等の汚染物発生を防止することができる。また、機械締結等のように部材から発生する塵等に汚染物発生のおそれも無い。また、静電気力によることで、ウエハＷを広範囲で均一に歪み無く吸着保持することができる。更に、試料ステージ２１自体の軽量化を図ることができ、試料ステージ２１の固有振動数を高く設定することができる。
このため、汚染物、ウエハＷの変形、試料ステージ２１の振動にそれぞれ起因する集束イオンビームＩの分解能の低下を防止することができ、より高精度にウエハＷの加工、観察が可能となる。
【００６０】
また、ウエハホルダ１０とウエハＷとは、第一の静電チャック２０ａと第二の静電チャック２０ｂとで別々に吸着保持される。そして、軽量のウエハＷを保持する第二の静電チャック２０ｂについては、必要とする電圧を低く抑えることができる。このため、ウエハＷに流れる漏れ電流を小さくすることができ、照射される集束イオンビームＩが漏れ電流による影響を受けてしまうのを防ぐことができる。また、第二の静電チャック２０ｂは、ウエハホルダ１０のホルダ本体１１が第一の静電チャック２０ａに吸着保持された状態で、ウエハＷを吸着保持可能に上方に突出している。このため、ウエハＷをウエハホルダ１０に載置された状態のまま、観察面が集束イオンビームＩの焦点高さとなるように吸着保持することができ、集束イオンビームＩの分解能の向上をさらに図ることができる。
【００６１】
そして、断面試料Ｓの側部Ｓ１を切断した後、採取・搬送手段であるプローブ３２によって断面試料Ｓを採取する。そして、図１２（ｂ）に示すように、断面試料保持部１３の固定台１５に挟持された試料台１６の一つを選択して、採取した断面試料Ｓを支持部１８の側面１８ａに当接させる。この際、断面試料保持部１３の固定台１５は、ホルダ本体１１上に設けられていることで、ウエハＷの観察面と略等しい高さに位置している。このため、断面試料Ｓを採取して固定台１５に挟持された試料台１６に移動させる距離を最小限とし、断面試料Ｓの移動中の落下や破損を防止することができる。
【００６２】
そして、図１に示す接着手段３１によって断面試料Ｓと支持部１８とを接着固定する。即ち、断面試料Ｓの側部Ｓ１に集束イオンビーム鏡筒５によって集束イオンビームＩを照射すると共に、ガス銃３０によってデポジションガスを噴出させる。これによって、断面試料Ｓの側部Ｓ１にデポジション膜Ｓ２が成膜されて、デポジション膜Ｓ２によって断面試料Ｓは支持部１８に接着固定される。さらに、支持部１８の観察用窓部１８ｂとなる部分に集束イオンビームＩを照射することで、支持部１８がエッチングされ、観察用窓部１８ｂが形成される。
【００６３】
その結果、試料台１６に固定された断面試料Ｓを、観察用窓部１８ｂを介して透過電子顕微鏡で観察可能となる。また、断面試料ＳはウエハＷの所定位置から作製され、断面試料保持部１３に固定されるので、ウエハＷ及び作製された断面試料Ｓを同時に搬送することができる。
なお、本実施形態においては、ウエハホルダ１０に４つの試料カセット１４が設けられ、各試料カセット１４に４つの固定台１５を装着することが可能であるので、１枚のウエハＷから最大で１６枚の断面試料Ｓを採取して断面試料保持部１３に固定し、同時に搬送することが可能である。また、ウエハＷ及び作製される断面試料Ｓを保持する断面試料保持部１３が共に、ウエハホルダ１０に位置していることで、断面試料Ｓの作製及び採取を効率良く行うことができると共に、試料室２の内部２ａを最小限のスペースに抑えることができる。
【００６４】
特に、上述した断面試料Ｓの作製の際、ウエハＷはウエハアース機構３によってアースが確実に確保されている。そのため、長時間、集束イオンビームＩを照射したとしても、ウエハＷ内に帯電が蓄積されることがない。特に、ウエハアース機構３は、いかなるウエハＷにも対応できるので、ウエハＷ内の帯電を常に適正に開放（逃がす）することができる。よって、帯電が蓄積されるチャージアップ現象に起因する集束イオンビームＩのドリフトの発生を最少限に抑えることができ、狙った位置に高精度に集束イオンビームＩを照射して、高品質な断面試料Ｓを作製することができる。
【００６５】
また、ウエハアース機構３は、従来と略同じ吸着力でウエハＷを吸着保持できるので、必要以上に高い電圧を印加させて両静電チャック２０ａ、２０ｂの静電気力を高める必要がない。仮に、高い電圧を両静電チャック２０ａ、２０ｂに印加した場合には、両静電チャック２０ａ、２０ｂから漏れた電流によって集束イオンビームＩに曲げや散乱等が発生してしまい、集束イオンビームＩ光学系の性能劣化を招いてしまう。しかしながら、高い電圧を印加する必要がないので、このような不具合が発生する可能性がない。
【００６６】
断面試料Ｓの作製、採取が完了したら、ウエハＷ及び断面試料Ｓを外部まで搬送する。
まず、図示しない制御部によって第一の静電チャック２０ａ及び第二の静電チャック２０ｂによるウエハホルダ１０及びウエハＷの吸着を解除する。この際、静電気力による吸着としていることで、作業者が介在することなく吸着を解除することができ、脱着に伴う作業時間の短縮及び作業者によるウエハＷ等の破損の防止を図ることができる。また、上記のようにウエハＷを吸着する第二の静電チャック２０ｂの電圧を低く抑えることができることで、吸着を解除して離脱させる際の離脱時間を短縮させることができ、スループットの向上を図ることができる。
【００６７】
次に、試料室バルブ３８及びゲートバルブ３９を閉塞した状態で、ロボット室３６の内部を図示しない排気手段によって試料室２の内部２ａと同じ気圧状態にする。そして、この状態で、図１１に示すように試料室バルブ３８を開放する。このようにすることで、試料室２の内部２ａの真空状態を維持すると共に、不要な塵等が試料室２の内部２ａに流入するのを防ぐことができる。
次に、内部搬送ロボット４を駆動させて、先端アーム４ｃを試料ステージ２１の挿入溝２０ｄに挿入する。そして、先端アーム４ｃをウエハホルダ１０の下面に当接させて、ウエハホルダ１０をロボット室３６の内部まで搬送する。この際、ウエハホルダ１０は、ホルダ本体１１が中央に開口部１１ａが形成された枠状の部材であり、断面試料Ｓを保持する断面試料保持部１３も、試料カセット１４、固定台１５及び試料台１６で構成された非常に単純な構造である。このため、ウエハホルダ１０の大きさ及び重量を最小限にすることができるので、ウエハホルダ１０を搬送する内部搬送ロボット４の小型化を図ることができる。また、搬送ルートの省スペース化も望める。
【００６８】
次に、試料室バルブ３８を閉塞した後に、ゲートバルブ３９を開放する。この際、ホルダ室３７は、外部バルブ４０であるウエハ用バルブ４０ａ及びホルダ用バルブ４０ｂを閉塞しておくと共に、内部を図示しない排気手段で排気してロボット室３６と同じ気圧状態にしておく。このため、ゲートバルブ３９を開放しても、ロボット室３６の内部を真空状態に維持することができる。そして、先端アーム４ｃに載置されているウエハホルダ１０をホルダ室３７まで移動させる。
ホルダ台４１の副台４３は、内部搬送ロボット４による搬送方向に隙間を有して配置されているので、４つの副台４３の隙間に先端アーム４ｃを挿入するようにして、図１３に示すように、ホルダ台４１にウエハホルダ１０を受け渡すことができる。この際、主台４２の受部材４２ｂには、段部４２ａが形成されているので、ウエハホルダ１０は段部４２ａによって正確に位置決めされた状態で支持される。
【００６９】
次に、ウエハホルダ１０に保持されているウエハＷ及び断面試料Ｓをホルダ室３７から外部へ搬送する。この際、ゲートバルブ３９を閉塞した後に、外部バルブ４０を開放させる。このようにすることで、ロボット室３６を真空状態に維持することができる。
そして、図１４及び図１５に示すように、まず、ウエハホルダ１０に保持されたウエハＷを外部に搬送する。即ち、エレベータ４４のシリンダ４４ａを伸ばして、支持ピン４４ｃを上昇させる。ウエハホルダ１０は中央に開口部１１ａを有しているので、支持ピン４４ｃを上昇させることで、支持ピン４４ｃはウエハＷの下面に当接する。そして、さらに支持ピン４４ｃを上昇させることで、ウエハＷを上方へ持ち上げてウエハホルダ１０からウエハＷを離脱させることができる。
【００７０】
次に、ウエハ搬送ロボット５０を駆動させて、エレベータ４４によって持ち上げられた
ウエハＷの下方にウエハ搬送ロボット５０の先端アーム５０ｃを挿入し、下面に当接させ
る。このようにすることで、ウエハＷをウエハ搬送ロボット５０に受け渡すことができ、
外部へ搬送することが可能となる。外部に搬送されたウエハＷは、断面試料Ｓを作製した
後のウエハＷが収容されるウエハカセット５１、５２に収容される。
【００７１】
次に、図１６に示すように、エレベータ４４のシリンダ４４ａを縮ませて、支持ピン４４ｃを下降させる。そして、ウエハ用バルブ４０ａを閉塞すると共に、ホルダ用バルブ４０ｂを開放させる。
そして、この状態で、図１６及び図１７に示すように、ホルダ搬送ロボット５５を駆動させて、ホルダ室３７の内部において、先端アーム５５ｃを副台４３の隙間に挿入し、ウエハホルダ１０のホルダ本体１１の下面に当接させる。そして、先端アーム５５ｃを移動させることで、断面試料保持部１３に断面試料Ｓが保持された状態のウエハホルダ１０を、外部に設けられたホルダ載置部５６まで搬送することができる。ウエハホルダ１０を外部に搬送した後、断面試料Ｓは、ウエハホルダ１０のホルダ本体１１から試料カセット１４を離脱させることで、試料カセット１４の単位で取り扱われ、保管、或いは透過電子顕微鏡まで搬送されて観察することがきる。
【００７２】
なお、試料カセット１４と、断面試料Ｓが一つずつ固定された試料台１６とは、固定台１５によって着脱可能であるので、試料カセット１４から固定台１５を離脱させて固定台１５の単位で取り扱うことも可能である。また、作製された断面試料Ｓの観察が完了した後は、固定台１５から試料台１６を取り外す。そして、断面試料Ｓが接着固定されていない新たな試料台１６を固定台１５に挟持させて、試料カセット１４に装着すれば、再度ウエハホルダ１０に装着して使用することが可能である。なお、ウエハホルダ１０のホルダ本体１１から試料カセット１４を離脱させずに、ウエハホルダ１０に保持されたまま、次工程まで搬送することもできる。
【００７３】
また、図１に示すように、新たなウエハＷから断面試料Ｓを作製する際には、ホルダ搬送ロボット５５によって、ウエハホルダ１０をホルダ載置部５６からホルダ室３７のホルダ台４１に移動させる。また、ウエハ搬送ロボット５０によってウエハカセット５１、５２から新たなウエハＷを取り出し、ウエハライナ５３によってウエハＷの向きを検出する。そして、ホルダ室３７の内部において、エレベータ４４の支持ピン４４ｃを上昇させた状態でウエハ搬送ロボット５０によって搬送することで、ウエハＷはエレベータ４４の支持ピン４４ｃ上に受け渡される。そして、エレベータ４４を下降させれば、ウエハホルダ１０のホルダ本体１１上にウエハＷを容易に位置決めし、保持された状態にすることができる。これ以降、ウエハＷ及び断面試料Ｓを試料室２から外部へ搬送する場合と逆の手順となるので省略する。
【００７４】
なお、上記実施形態では、ウエハＷを１枚ずつ、ウエハホルダ１０によって試料室２まで搬送して断面試料Ｓを作製し、ウエハホルダ１０によってウエハＷ及び断面試料Ｓを外部まで搬送したが、複数のウエハＷから連続して断面試料Ｓを採取することもできる。
例えば、１枚のウエハＷから１枚の断面試料Ｓを採取し、これを複数枚のウエハＷについて行う場合を説明する。この場合には、１枚目のウエハＷから断面試料Ｓを作製し、図１１に示すように、ホルダ室３７までウエハＷを搬送する。次に、図１４に示すように、ウエハＷを外部に搬送したら、ウエハホルダ１０をウエハ用バルブ４０ａから外部へ搬送せずに、新たなウエハＷをウエハカセット５１、５２から取り出して、ウエハホルダ１０に載置する。そして、新しいウエハＷと、その前に採取した断面試料Ｓとを保持したまま、試料室２まで搬送することで、新しいウエハＷから新しい断面試料Ｓを採取することができる。本実施形態においては、断面試料保持部１３によって全部で１６個の断面試料Ｓを保持することができるので、１６枚のウエハＷから連続して断面試料Ｓを採取することができる。このように、１枚のウエハＷごとにウエハホルダ１０を外部に搬送し、断面試料Ｓを取り外す工程を省略することができるため、さらにスループットの向上を望むことができる。
【００７５】
上述したように、本実施形態の試料作製装置１によれば、簡単な構成で、しかもウエハＷに特別な電流を流すことなく表面酸化膜Ｗａを確実に突き破ることができ、アースを確実に確保しながらウエハＷを吸着保持することができるウエハアース機構３を備えているので、ウエハＷの狙った位置に高精度に集束イオンビームＩを照射でき、高品質な断面試料Ｓを作製することができる。
【００７６】
また、小型化、軽量化が図られたウエハホルダ１０を使用することで、ウエハＷが保持されたウエハホルダ１０を収容して断面試料Ｓを作製する試料室２の小型化を図ることができる。また、ウエハホルダ１０によってウエハＷと断面試料Ｓとを同時に搬送することが可能となり、搬送ルートを一系統にすることができるので、搬送に伴うスペースの小型化を図ることができる。また、ウエハホルダ１０の小型化、軽量化を図ることができることで、ウエハホルダ１０を搬送する内部搬送ロボット４の小型化も図ることができ、対応するロードロック室３５の小型化も図ることができる。
特に試料室２及びロードロック室３５の小型化を図ることができることで、試料室２及びロードロック室３５を真空状態にする際の排気性能が高めることができ、また、装置全体として小型化を図ることができる。
【００７７】
更に、ロードロック室３５をロボット室３６とホルダ室３７とで構成することで、試料室２と、ロードロック室３５のロボット室３６及びホルダ室３７とのそれぞれを真空状態にする際の排気性能をさらに高めることができる。また、エレベータ４４によってウエハホルダ１０のホルダ本体１１の開口部１１ａからウエハＷを持ち上げることによって、容易にウエハＷをウエハホルダ１０から離脱させることができ、ウエハＷと断面試料Ｓとを同時に搬送する作用と相まって、ウエハＷの搬送から、断面試料Ｓを作製してウエハＷ及び断面試料Ｓを外部へ搬送するまでのスループットの向上も図ることができる。
【００７８】
一方、ホルダ室３７から外部への搬送は、ウエハ用バルブ４０ａとホルダ用バルブ４０ｂによって二系統にすることで、錯綜すること無く、効率良くウエハＷ及び断面試料Ｓを外部に搬送することができる。また、ウエハＷを外部へ搬送するウエハ搬送ロボット５０と、断面試料Ｓが保持されたウエハホルダ１０を外部へ搬送するホルダ搬送ロボット５５とを別機構にすることができる。
このため、ウエハ搬送ロボット５０は、微細な動作が可能な機構にする一方、ホルダ搬送ロボット５５は、ウエハ搬送ロボット５０に対して相対的に重量物を搬送可能な機構として、効率的にウエハホルダ１０を搬送することができる。また、試料室２の内部２ａにおいて、ウエハホルダ１０及びホルダＷを、試料ステージ２１の第一の静電チャック２０ａ及び第二の静電チャック２０ｂによって吸着保持することで、作業者の介在しない完全自動搬送を可能にすると共に、集束イオンビームＩの分解能の向上をさらに図ることができ、より高性能な断面試料Ｓ作製を実現することができる。
【００７９】
なお、本実施形態において、ウエハホルダ１０を搬送する機構として、内部搬送ロボット４、ウエハ搬送ロボット５０及びホルダ搬送ロボット５５の例を挙げたが、これらは様々な公知のロボットを目的に応じて選択可能なものである。また、ウエハホルダ１０は、４つの試料カセット１４が装着され、各試料カセット１４に４つの固定台１５が設けられているものとしたが、試料カセット１４の設置数及び各試料カセット１４に装着可能な固定台１５の数は必要に応じて変更可能である。また、試料カセット１４を設けずに、直接ホルダ本体１１に固定台１５を固定可能な構成としても良い。
【００８０】
なお、本発明の技術範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。
【００８１】
例えば、上記実施形態では、アース端子２２のピン２６が１本であったが、図１８に示すように、複数本のピン２６を平行設けても構わない。こうすることで、より効率良くウエハＷの表面酸化膜Ｗａを切削することができる。従って、より確実にウエハＷのアースを確保することができる。
また、図１９に示すように、ピン２６を放射条に取り囲むように、先端が突起状に形成された複数の補助ピン（補助アースピン）６０をピン２６の先端に固定しても構わない。こうすることで、やはり同様に、より効率良くウエハＷの表面酸化膜Ｗａを切削することができる。従って、より確実にウエハＷのアースを確保することができる。
また、ピン２６は、所定の硬さを有する材料により形成することが好ましい。こうすることで、例えば、ピン２６にダイヤモンド並みの硬さを持たせることも可能である。従って、より短時間で効率良く表面酸化膜Ｗａを切削することができ、アースの確実性をさらに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明に係る一実施形態の試料作製装置の全体構成図である。
【図２】図１に示す試料作製装置を構成するウエハアース機構の断面図である。
【図３】図２に示すウエハアース機構を構成するウエハホルダの上面図である。
【図４】図３に示すウエハホルダの断面図である。
【図５】図３に示すウエハホルダの断面試料保持部を拡大した側面図である。
【図６】図５に示す断面試料保持部の断面図である。
【図７】図５に示す断面試料保持部を構成する試料台の斜視図である。
【図８】図２に示すウエハアース機構を構成するアース端子の側面図である。
【図９】図８に示すアース端子の断面図である。
【図１０】図１に示す試料作製装置を構成するホルダ台及びエレベータの斜視図である。
【図１１】図１に示す試料作製装置を作動させている際の一工程図であって、内部搬送ロボットによりウエハが載置されたウエハホルダを搬送している状態を示す図である。
【図１２】図１に示す試料作製装置を作動させている際の一工程図であって、（ａ）はウエハに集束イオンビームを照射して断面試料を作製している状態を示し、（ｂ）は作製された断面試料を試料台に移した状態を示す図である。
【図１３】図１に示す試料作製装置を作動させている際の一工程図であって、ホルダ室内のホルダ台上にウエハが載置されたウエハホルダを載置した状態を示す図である。
【図１４】図１に示す試料作製装置を作動させている際の一工程図であって、ウエハ搬送ロボットによりホルダ室内からウエハを搬送している状態を示す図である。
【図１５】図１に示す試料作製装置を作動させている際の一工程図であって、ウエハ搬送ロボットによりホルダ室内からウエハを搬送している状態を示す図である。
【図１６】図１に示す試料作製装置を作動させている際の一工程図であって、ホルダ搬送ロボットの先端アームを、ホルダ台上に載置されているウエハホルダの下面に差し込んだ状態を示す図である。
【図１７】図１に示す試料作製装置を作動させている際の一工程図であって、ホルダ搬送ロボットにより、ホルダ室内からウエハホルダを搬送している状態を示す図である。
【図１８】図２に示すアース端子の変形例を示す側面図である。
【図１９】図２に示すアース端子の更に別の変形例を示す側面図である。
【符号の説明】
【００８３】
Ｉ…集束イオンビーム（荷電粒子ビーム）
Ｓ…断面試料
Ｗ…ウエハ
Ｚ…鉛直軸
１…試料作製装置
２…試料室
３…ウエハアース機構
４…内部搬送ロボット（搬送ロボット）
４Ａ…搬送アーム
５…集束イオンビーム鏡筒（荷電粒子ビーム鏡筒）
１０…ウエハホルダ
２０…静電チャック
２１…試料ステージ（試料台）
２２…アース端子
２４…回転機構
２５…ピンホルダ（筒体）
２６…ピン（アースピン）
２７…コイルバネ（付勢部材）
２８…案内溝
２６…案内ピン（回転ピン）
６０…補助ピン（補助アースピン）
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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