(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームを細く絞って試料上に照射すると共に、該試料上で前記荷電粒子ビームを２次元的に走査し、前記試料への荷電粒子ビームの照射によって得られた信号を検出し、該検出した信号に基づいて試料の走査像を表示するようにした荷電粒子ビーム装置において、前記試料が載せられる試料台を傾斜枠の上に配置し、該傾斜枠上で前記試料台をＸ方向とＹ方向に移動できるように構成し且つ前記傾斜枠を傾斜させることによって前記試料台を傾斜させるように構成すると共に、前記試料台にＸ方向とＹ方向の移動鏡を配置し、前記傾斜枠と一体的に移動するＸ方向の干渉計とＹ方向の干渉計を設け、前記Ｘ方向の干渉計からの測定光を前記Ｘ方向移動鏡に照射し、前記Ｙ方向の干渉計からの測定光を前記Ｙ方向移動鏡に照射し、前記傾斜枠を傾斜させるための傾斜軸を前記試料台が配置される試料室の壁部分を貫通して配置し、前記試料室の外側部分の傾斜軸上にレーザー干渉計を構成するレーザー光源と前記Ｘ方向の干渉計と前記Ｙ方向の干渉計からの干渉光を検出する検出器を配置し、中空とされた前記傾斜軸の中を前記レーザー光源からの光と前記干渉計からの光を通すように構成した荷電粒子ビーム装置における試料装置。
【請求項２】
荷電粒子ビームを細く絞って試料上に照射すると共に、該試料上で前記荷電粒子ビームを２次元的に走査し、前記試料への荷電粒子ビームの照射によって得られた信号を検出し、該検出した信号に基づいて試料の走査像を表示するようにした荷電粒子ビーム装置において、前記試料が載せられる試料台を傾斜枠の上に配置し、該傾斜枠上で前記試料台をＸ方向とＹ方向に移動できるように構成し且つ前記傾斜枠を傾斜させることによって前記試料台を傾斜させるように構成すると共に、前記試料台にＸ方向とＹ方向の移動鏡を配置し、前記傾斜枠と一体的に移動するＸ方向の干渉計とＹ方向の干渉計を設け、前記Ｘ方向の干渉計からの測定光を前記Ｘ方向移動鏡に照射し、前記Ｙ方向の干渉計からの測定光を前記Ｙ方向移動鏡に照射し、前記傾斜枠を傾斜させるための傾斜軸を前記試料台が配置される試料室の壁部分を貫通して配置し、前記試料室の外側部分にレーザー干渉計を構成するレーザー光源と前記Ｘ方向の干渉計と前記Ｙ方向の干渉計からの干渉光を検出する検出器を配置し、中空とされた前記傾斜軸の中を前記干渉計からの光を前記検出器に導く光ファイバーを通すように構成した荷電粒子ビーム装置における試料装置。
【請求項３】
前記傾斜枠を傾斜させる前記傾斜軸が傾斜枠の両端に設けられ、それぞれの前記傾斜軸が前記試料室の壁部分に支持される請求項１〜２のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置における試料装置。
【請求項４】
前記傾斜枠を傾斜させる前記傾斜軸が該傾斜枠の一方の端部に設けられ、その傾斜軸が前記試料室の壁部分に支持される請求項１〜２のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置における試料装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走査電子顕微鏡や電子ビーム測長装置等に用いて好適な試料装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走査電子顕微鏡では、電子銃から発生し加速された電子ビームをコンデンサレンズと対物レンズによって細く集束し、試料に照射している。そして、試料の任意の２次元領域を電子ビームで走査し、試料から発生した２次電子や反射電子を検出し、検出信号を電子ビームの走査に同期した陰極線管に供給して試料の走査像を得るようにしている。
【０００３】
このような走査電子顕微鏡において、試料の観察時には、試料をＸ，Ｙ方向に移動させたり、回転させたり、更には傾斜させたりしている。そのため、試料をＸ，Ｙ方向の移動機構、回転機構、傾斜機構が備えられた試料ステージ上に載せるようにしている。
【０００４】
図１は試料装置の平面図であり、１は試料が載せられる試料台である。試料台１はＹ方向レール２の上にＹ方向に移動できるように配置されているが、Ｙ方向レール２はＸ方向レール３上にＸ方向に移動できるように配置されている。
【０００５】
Ｙ方向レール２上には送りネジ４が設けられ、送りネジ４は試料室壁５の外部に配置されたモータ６によって回転させられる。モータ６の回転は、ユニバーサルジョイントを含む駆動軸７によって送りネジ４に伝えられる。
【０００６】
送りネジ４は試料台１の底部に固定されたナット（図示せず）に噛み合わされており、送りネジ４を回転させることにより、ナットに固定された試料台１はＹ方向に移動する。
【０００７】
Ｘ方向レール３には送りネジ８が設けられ、送りネジ８は試料室壁５の外部に配置されたモータ９によって回転させられる。モータ９の回転は、ユニバーサルジョイントを含む駆動軸１０によって送りネジ８に伝えられる。
【０００８】
送りネジ８はＹ方向レール２の底部に固定されたナット（図示せず）に噛み合わされており、送りネジ８を回転させることにより、ナットに固定されたＹ方向レール２はＸ方向に移動する。
【０００９】
Ｙ方向の送りネジ４およびＸ方向の送りネジ８には、それぞれエンコーダ１１，１２が取り付けられており、それぞれの送りネジの回転数に応じた信号が得られる。このエンコーダ１１，１２からの信号により、試料台１のＸ方向、Ｙ方向の移動距離が求められ、この距離に応じて試料台１の位置決めが行われる。
【００１０】
なお、図示していないが、Ｘ方向レール３は試料台１を傾斜させる傾斜枠上に載せられており、傾斜枠を傾斜させる中空の傾斜軸が試料室壁５に設けられている。そして、中空の傾斜軸の内部を貫通して、駆動軸７と駆動軸１０とが設けられている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記した構成で、試料台１の位置決めをエンコーダ１１と１２の出力によって行う場合、送りネジ４，８のリード誤差（ピッチむら）、Ｘ，Ｙ方向レール３，２の歪等により、５〜１０μｍの位置決め誤差が発生してしまう。これらは各構成部品の精度を厳しく製作したとしても、改善されないものである。
【００１２】
試料台１の精密な位置合わせのために、レーザ測長器が広く使用されている。しかしながら、図１の構成で傾斜枠上にレーザ測長器の必要な構成部品を配置した場合、傾斜枠の中心に沿って干渉光を試料室壁外部に取り出す必要があるが、傾斜中心には傾斜枠の傾斜軸７，１０が配置されているので、実際には干渉光を外部に取り出すことができない。したがって、傾斜機構が備えられたステージにおけるレーザ測長器を用いた試料の位置合わせは困難である。
【００１３】
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、その目的は、傾斜機構を備えた試料装置において試料の位置合わせをレーザ測長器を用いて行うことができる試料装置を実現するにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に基づく荷電粒子ビーム装置における試料装置は、荷電粒子ビームを細く絞って試料上に照射すると共に、該試料上で前記荷電粒子ビームを２次元的に走査し、前記試料への荷電粒子ビームの照射によって得られた信号を検出し、該検出した信号に基づいて試料の走査像を表示するようにした荷電粒子ビーム装置において、前記試料が載せられる試料台を傾斜枠の上に配置し、該傾斜枠上で前記試料台をＸ方向とＹ方向に移動できるように構成し且つ前記傾斜枠を傾斜させることによって前記試料台を傾斜させるように構成すると共に、前記試料台にＸ方向とＹ方向の移動鏡を配置し、前記傾斜枠と一体的に移動するＸ方向の干渉計とＹ方向の干渉計を設け、前記Ｘ方向の干渉計からの測定光を前記Ｘ方向移動鏡に照射し、前記Ｙ方向の干渉計からの測定光を前記Ｙ方向移動鏡に照射し、前記傾斜枠を傾斜させるための傾斜軸を前記試料台が配置される試料室の壁部分を貫通して配置し、前記試料室の外側部分の傾斜軸上にレーザー干渉計を構成するレーザー光源と前記Ｘ方向の干渉計と前記Ｙ方向の干渉計からの干渉光を検出する検出器を配置し、中空とされた前記傾斜軸の中を前記レーザー光源からの光と前記干渉計からの光を通すように構成したことを特徴としている。
【００１５】
第１の発明では、レーザー測長器を構成する移動鏡を試料台上に設け、Ｘ方向とＹ方向の干渉計を試料台を傾斜させる傾斜枠上に配置し、レーザー測長器を構成するレーザー光源、干渉計、移動鏡、検出器を傾斜枠と一体的に傾斜するように構成し、試料台の傾斜によっても各構成要素の位置関係が変化しないようにした。
【００１８】
第２の発明に基づく荷電粒子ビーム装置における試料装置は、荷電粒子ビームを細く絞って試料上に照射すると共に、該試料上で前記荷電粒子ビームを２次元的に走査し、前記試料への荷電粒子ビームの照射によって得られた信号を検出し、該検出した信号に基づいて試料の走査像を表示するようにした荷電粒子ビーム装置において、前記試料が載せられる試料台を傾斜枠の上に配置し、該傾斜枠上で前記試料台をＸ方向とＹ方向に移動できるように構成し且つ前記傾斜枠を傾斜させることによって前記試料台を傾斜させるように構成すると共に、前記試料台にＸ方向とＹ方向の移動鏡を配置し、前記傾斜枠と一体的に移動するＸ方向の干渉計とＹ方向の干渉計を設け、前記Ｘ方向の干渉計からの測定光を前記Ｘ方向移動鏡に照射し、前記Ｙ方向の干渉計からの測定光を前記Ｙ方向移動鏡に照射し、前記傾斜枠を傾斜させるための傾斜軸を前記試料台が配置される試料室の壁部分を貫通して配置し、前記試料室の外側部分にレーザー干渉計を構成するレーザー光源と前記Ｘ方向の干渉計とＹ方向の干渉計からの干渉光を検出する検出器を配置し、中空とされた前記傾斜軸の中を前記干渉計からの光を前記検出器に導く光ファイバーを通すように構成した。
【００１９】
第２の発明では、干渉計と検出器との間を光ファイバーで結び、検出器の設置位置の自由度を持たせるようにした。
第３の発明では、第１〜第２のいずれかの発明において、傾斜枠を傾斜させる傾斜軸を傾斜枠の両端に設け、それぞれの傾斜軸が試料室の壁部分に支持されるように構成した。
【００２０】
第４の発明では、第１〜第２のいずれかの発明において、傾斜枠を傾斜させる傾斜軸を傾斜枠の一方の端部に設け、その傾斜軸が試料室の壁部分に支持されるように構成した。
【００２１】
【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詳細に説明する。図２は、本発明に基づく試料装置の平面図、図３はその側面図を示しており、図１に示した従来装置と同一ないしは類似の構成要素には同一番号を付してある。図において１は試料が載せられる試料台である。試料台１はＹ方向レール２の上にＹ方向に移動できるように配置されているが、Ｙ方向レール２は傾斜枠１５上のＸ方向レール３上にＸ方向に移動できるように配置されている。
【００２２】
Ｙ方向レール２上にはＹ方向送りネジ４が設けられ、送りネジ４は試料室壁５の外部に配置されたモータによって回転させられる。なお、図２においては、このＹ方向送りネジ、モータ、モータの回転を伝達するユニバーサルジョイントを含む駆動軸は図示されていない。
【００２３】
Ｙ方向送りネジ４は試料台１の底部に固定されたナット（図示せず）に噛み合わされており、Ｙ方向送りネジ４を回転させることにより、ナットに固定された試料台１はＹ方向に移動する。
【００２４】
Ｘ方向レール３が設けられた傾斜枠１５上には送りネジ８が設けられ、送りネジ８は試料室壁５の外部に配置されたモータ９によって回転させられる。モータ９の回転は、ユニバーサルジョイントを含む駆動軸１０によって送りネジ８に伝えられる。
【００２５】
送りネジ８はＹ方向レール２の底部に固定されたナット１６に噛み合わされており、送りネジ８を回転させることにより、ナット１６に固定されたＹ方向レール２および試料台１はＸ方向に移動する。
【００２６】
傾斜枠１５は、傾斜軸１７に接続されており、傾斜軸１７を回転させることにより、試料台１上に載置される試料１８の表面を軸として傾斜できるように構成されている。
【００２７】
傾斜軸１７は中空軸とされており、その内部には、傾斜軸１７と一体的に回転するレーザー光源１９からのレーザー光Ｌ１が通される。なお、このレーザー光源１９からのレーザー光Ｌ１の軸は、傾斜枠１５の傾斜中心軸と一致されている。
【００２８】
レーザー光源１９からの光Ｌ１は、ガラス窓２０を透過して試料室内に入り、傾斜枠１５に固定され傾斜枠１５と一体的に移動する台１５ａの上に配置されたビームスプリッター２１によって２つの光に分割される。分割された一方の光Ｌ２（透過した光）は、台１５ａ上に配置されたＸ方向干渉計２２に入射する。干渉計２２を透過した光は試料台１上のＬ字状の移動鏡２３に入射して反射される。
【００２９】
干渉計２２においては、ビームスプリッタ２１から入射した光Ｌ２を分割し、一方の透過した光を移動鏡２３に照射し、他方の反射された光を参照光とし、それぞれの光を干渉させている。干渉した光は、ビームスプリッタ２１を透過し、試料室壁５の外側に配置された検出器２４に入射して検出される。
【００３０】
レーザー光源１９から発生しビームスプリッタ２１によって反射された他方の光Ｌ３は、台１５ａ上に固定された反射鏡２５によって反射され、台１５ａ上のＹ方向干渉計２６に入射する。干渉計２６によって反射された光は、試料台１上のＬ字状の移動鏡２３に入射して反射される。
【００３１】
干渉計２６においては、ビームスプリッタ２１から入射した光Ｌ３を分割し、一方の反射した光を移動鏡２３に照射し、他方の透過した光を参照光とし、それぞれの光を干渉させている。干渉した光は、反射鏡２５によって反射され、ビームスプリッタ２１によって反射され、試料室壁５の外側に配置された検出器２７に入射して検出される。
【００３２】
図４は、上記したレーザー光源１９からのレーザー光Ｌ１と、ビームスプリッタ２１によって分割された２種の光Ｌ２、Ｌ３、Ｘ方向干渉計２２、移動鏡２３を示している。
【００３３】
上記した構成で、試料１８のＸ方向の移動は、モータ９を回転させ、送りネジ８を回転させることにより送りネジ８と噛み合わされたナットを駆動し、Ｙレール２をＸ方向に移動させることによって行われる。また、Ｙ方向の移動は、送りネジ４を回転させ試料台１をＹ方向に移動させることによって行われる。更に、試料１８の傾斜は、傾斜軸１７を回転させ、傾斜枠１５を傾けることにより、傾斜枠１５上に載せられた各構成要素を傾斜させることによって行われる。
【００３４】
ここで、送りネジ８を回転させ、試料１８（試料台１）をＸ方向に移動させた場合、Ｘ方向干渉計２２における測定光（移動鏡２３によって反射された光）の長さが変化し、干渉計２２における参照光との干渉光の強度が変化する。干渉計２２における干渉光は、検出器２４によって検出される。検出信号は図示していない測長演算器に供給され、試料台１のＸ方向の移動距離が測定される。
【００３５】
次に、送りネジ４を回転させ、試料１８（試料台１）をＹ方向に移動させた場合、Ｙ方向干渉計２６における測定光（移動鏡２３によって反射された光）の長さが変化し、干渉計２６における参照光との干渉光の強度が変化する。干渉計２６における干渉光は、検出器２７によって検出される。検出信号は図示していない測長演算器に供給され、試料台１のＹ方向の移動距離が測定される。
【００３６】
このように、上記した構成では、試料台１に移動鏡２３を固定し、更に、移動台１を傾斜させる傾斜枠１５に測定光と参照光を干渉させる干渉計２２，２６を一体的に配置したので、試料台１の傾斜によってもレーザー光軸がずれることがない。したがって、試料台１の移動距離をレーザー測長器を用いて正確に測定することが可能となり、試料の位置決めを正確に行うことができる。
【００３７】
図５は本発明の他の実施の形態を示している。図５において、Ｘ方向干渉計２２において干渉された光は、光ファイバー３０を介して検出器２４に供給され、Ｙ方向干渉計２６において干渉された光は、光ファイバー３１を介して検出器２７に供給される。なお、この図５においてレーザー光源と、光源から各干渉計２２，２６に供給される光の光路については除かれている。
【００３８】
この図５の構成では、傾斜枠１５の大気側に配置する検出器２４，２７、レーザー光源等は、傾斜枠と一体的に回転する台の上に載せる必要がなくなり、それらを試料室の回りの自由な位置に配置することができる。もちろん、傾斜枠と一体的に回転する台の上に載せたとしても、それらの配置は自由にできる。
【００３９】
図６は本発明の更に他の実施の形態を示しており、この形態では、傾斜枠１５の両端を試料室壁５で支持した図２，図３の両持ちの構成に代え、傾斜枠１５の一方の端部のみを支持した片持ちの構成としている。
【００４０】
以上本発明の実施の形態を詳述したが、本発明はこの形態に限定されない。例えば、本発明は走査電子顕微鏡等の電子ビーム装置のみならず、試料上で細く絞ったイオンビームを走査するようにしたに走査型イオンビーム装置にも適用することができる。また、試料台を２次元的に移動させ、更に傾斜させる場合について説明したが、傾斜枠上に試料台の回転機構を設けるように構成しても良い。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、第１の発明では、前記試料が載せられる試料台を傾斜枠の上に配置し、該傾斜枠上で前記試料台をＸ方向とＹ方向に移動できるように構成し且つ前記傾斜枠を傾斜させることによって前記試料台を傾斜させるように構成すると共に、前記試料台にＸ方向とＹ方向の移動鏡を配置し、前記傾斜枠と一体的に移動するＸ方向の干渉計とＹ方向の干渉計を設け、前記Ｘ方向の干渉計からの測定光を前記Ｘ方向移動鏡に照射し、前記Ｙ方向の干渉計からの測定光を前記Ｙ方向移動鏡に照射し、前記傾斜枠を傾斜させるための傾斜軸を前記試料台が配置される試料室の壁部分を貫通して配置し、前記試料室の外側部分にレーザー干渉計を構成するレーザー光源と前記Ｘ方向の干渉計と前記Ｙ方向の干渉計からの干渉光を検出する検出器を配置し、中空とされた前記傾斜軸の中を前記干渉計からの光を前記検出器に導く光ファイバーを通すように構成した。この結果、試料台の傾斜によっても各構成要素の位置関係が変化しないので、傾斜機構を用いた試料装置であっても、レーザー測長器によって試料の２次元的な位置合わせを正確に行うことができる。
【００４３】
第２の発明では、前記試料が載せられる試料台を傾斜枠の上に配置し、該傾斜枠上で前記試料台をＸ方向とＹ方向に移動できるように構成し且つ前記傾斜枠を傾斜させることによって前記試料台を傾斜させるように構成すると共に、前記試料台にＸ方向とＹ方向の移動鏡を配置し、前記傾斜枠と一体的に移動するＸ方向の干渉計とＹ方向の干渉計を設け、前記Ｘ方向の干渉計からの測定光を前記Ｘ方向移動鏡に照射し、前記Ｙ方向の干渉計からの測定光を前記Ｙ方向移動鏡に照射し、前記傾斜枠を傾斜させるための傾斜軸を前記試料台が配置される試料室の壁部分を貫通して配置し、前記試料室の外側部分にレーザー干渉計を構成するレーザー光源と前記Ｘ方向の干渉計と前記Ｙ方向の干渉計からの干渉光を検出する検出器を配置し、中空とされた前記傾斜軸の中を前記干渉計からの光を前記検出器に導く光ファイバーを通すように構成した。この結果、干渉計と検出器との間が柔軟性のある光ファイバーで結ばれるので、検出器の設置位置の自由度を持たせることができる。
【００４４】
第３の発明では、第１〜第２のいずれかの発明において、傾斜枠を傾斜させる傾斜軸を傾斜枠の両端に設け、それぞれの傾斜軸が試料室の壁部分に支持されるように構成したので、第１の発明と同様な効果を有する。
【００４５】
第４の発明では、第１〜第２のいずれかの発明において、傾斜枠を傾斜させる傾斜軸を傾斜枠の一方の端部に設け、その傾斜軸が試料室の壁部分に支持されるように構成したので、第１の発明と同様な効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の走査電子顕微鏡等の試料装置を示す図である。
【図２】本発明に基づく試料装置の平面図である。
【図３】図２の試料装置の側面図である。
【図４】図２の構成におけるビームスプリッタ、干渉計、移動鏡を示す図である。
【図５】本発明の他の実施の形態を示す図である。
【図６】本発明に基づく更に他の実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
１  試料台
２  Ｙレール
３  Ｘレール
４，８  送りネジ
５  試料室壁
６，９  モータ
７，１０  駆動軸
１５  傾斜枠
１７  傾斜軸
１８  試料
１９  レーザー光源
２０  ガラス窓
２１  ビームスプリッタ
２２，２６  干渉計
２３  移動鏡
２４，２７  検出器
【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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