特許 5677777 集光器装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5677777

(24)【登録日】2015年1月9日

(45)【発行日】2015年2月25日

(54)【発明の名称】集光器装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/252 20060101AFI20150205BHJP

   G01N 21/62 20060101ALI20150205BHJP

【ＦＩ】

   H01J37/252 Z

   G01N21/62 A

【請求項の数】4

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2010-162715(P2010-162715)

(22)【出願日】2010年7月20日

(65)【公開番号】特開2012-28019(P2012-28019A)

(43)【公開日】2012年2月9日

【審査請求日】2013年7月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000155023

【氏名又は名称】株式会社堀場製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100121441

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 竜平

(74)【代理人】

【識別番号】100113468

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 明子

(74)【代理人】

【識別番号】100154704

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 真大

(72)【発明者】

【氏名】粟田 正吾

(72)【発明者】

【氏名】新井 重俊

【審査官】 桐畑 幸▲廣▼

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−１０７３３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０４０５０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−２３０３４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０９３５２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０１０３９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ３７／２５２

Ｇ０１Ｎ ２１／６２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エネルギ線照射系と測定試料との間に介在して設けられ、エネルギ線が照射された測定試料から出る光を集光する集光器装置であって、
前記測定試料から出る光を集光する集光ミラーと、
前記集光ミラーを有する保持シャフトと、
直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向それぞれに移動可能にする移動ガイドを有し、前記保持シャフトを当該直交３軸方向に移動させる３軸方向移動機構と、
前記エネルギ線の照射方向及び前記保持シャフトの中心軸に直交する回転軸周りに回転可能にするチルトガイドを有し、前記保持シャフトを当該チルトガイドに沿って回転軸周りに回転させるチルト機構と、
前記チルト機構とは別に設けられ、前記保持シャフトの中心軸周りに回転可能にするローテーションガイドを有し、前記保持シャフトを当該ローテーションガイドに沿って中心軸周りに回転させるローテーション機構とを備え、
前記チルト機構及び前記ローテーション機構が、それぞれ独立して前記保持シャフトを回転させるように構成されている集光器装置。

【請求項2】

前記３軸方向移動機構及び前記ローテーション機構が、前記チルト機構による回転移動に伴って移動するものである請求項１記載の集光器装置。

【請求項3】

前記測定試料が収容されるチャンバに取り付けられる取付フランジを有し、
前記取付フランジを挿通するように前記保持シャフトが設けられて、前記集光ミラーが前記チャンバ内に配置されるとともに、前記保持シャフトの外側端部が前記チャンバ外に延出するように構成されており、
前記取付フランジに前記チルト機構が連結されるとともに、前記３軸方向移動機構が、前記保持シャフトの外側端部に設けられている請求項１又は２記載の集光器装置。

【請求項4】

前記ローテーション機構が、前記チルト機構のチルトガイドによりチルト方向に移動するチルト可動体に連結されており、
前記３軸方向移動機構が、前記ローテーション機構のローテーションガイドによりローテーション方向に移動するローテーション可動体に連結されている請求項３記載の集光器装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば電子線やイオンビーム等が照射された測定試料から出る例えばカソードルミネッセンスやフォトルミネッセンス等の光を集光して検出光学系に導くための集光器装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、特許文献１に示すように、測定試料に電子線を照射することにより生じるカソードルミネッセンス（ＣＬ）を集光して、当該測定試料を分析するカソードルミネッセンス分析装置がある。このカソードルミネッセンス分析装置には、測定試料から出るカソードルミネッセンスを集光するための集光ミラーと、当該集光ミラーを保持する保持シャフトとを有する集光器装置が用いられている。

【0003】

この集光器装置は、直交する３軸方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向）だけでなく、チルト方向及びローテーション方向の５軸調整機構を有している。なお、チルト方向は、電子線の照射方向及び保持シャフトの中心軸方向（Ｘ軸方向）に直交する回転軸回りの回転方向であり、ローテーション方向は、保持シャフトの中心軸方向に沿った回転軸周りの回転方向である。そして、この５軸調整機構により集光ミラーの直交３軸方向、チルト方向及びローテーション方向の位置決めが行われている。

【0004】

しかしながら、従来の５軸調整機構は、真空チャンバに取り付けられて真空雰囲気下で操作されるもののため、各方向それぞれにガイドを有さず、集光ミラーの位置調整が煩雑となるだけでなく位置再現性が悪いという問題がある。

【0005】

具体的に従来の集光器装置に組む込まれたチルト調整機構は、図７に示すように、保持シャフトが設けられた可動体を１２０度等配された３軸の調整軸の各軸を進退移動させることにより、集光ミラーをチルト方向に調整するものである。このチルト調整機構では、各調整軸の移動に伴い、集光ミラーが電子線の照射方向に沿った上下方向に回転するだけでなく、保持シャフトの中心軸方向に直交する左右方向（Ｘ軸方向）に回転してしまう。そうすると、集光ミラーのチルト方向のみを意図した調整であっても、Ｘ軸方向へ移動してしまうという問題がある。その結果、集光ミラーの位置調整が非常に複雑かつ煩雑となってしまう。したがって、集光ミラーの調整を行う作業者は、上記調整機構の動作を理解した上で操作を行う必要があり、熟練を要するだけでなく、集光ミラーの調整時間が半日〜１日を要するという問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００４−９３５２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決すべくなされたものであり、集光ミラーの位置調整の簡単化、位置調整における位置再現性の向上及び集光ミラーの調整時間の短縮を実現することをその主たる所期課題とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

すなわち本発明に係る集光器装置は、エネルギ線照射系と測定試料との間に介在して設けられ、エネルギ線が照射された測定試料から出る光を集光する集光器装置であって、前記測定試料から出る光を集光する集光ミラーと、前記集光ミラーを有する保持シャフトと、直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向それぞれに移動可能にする移動ガイドを有し、前記保持シャフトを当該直交３軸方向に移動させる３軸方向移動機構と、前記エネルギ線の照射方向及び前記保持シャフトの中心軸に直交する回転軸周りに回転可能にするチルトガイドを有し、前記保持シャフトを当該チルトガイドに沿って回転軸周りに回転させるチルト機構と、前記チルト機構とは別に設けられ、前記保持シャフトの中心軸周りに回転可能にするローテーションガイドを有し、前記保持シャフトを当該ローテーションガイドに沿って中心軸周りに回転させるローテーション機構とを備え、前記チルト機構及び前記ローテーション機構が、それぞれ独立して前記保持シャフトを回転させるように構成されているていることを特徴とする。

【0009】

このようなものであれば、３軸方向移動機構においてはＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向それぞれに移動ガイドを有し、チルト機構においてはチルトガイドを有し、ローテーション機構においてはローテーションガイドを有しているので、集光ミラーをＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、チルト方向及びローテーション方向それぞれに独立して調整可能とすることができる。したがって、集光ミラーの位置調整を簡単化することができるとともに、その位置再現性を向上させることができ、調整時間を短縮することもできる。

【0010】

チルト機構によりチルト方向に位置調整された集光ミラーの姿勢を保持したまま、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向及びローテーション方向の位置調整を可能にするためには、前記３軸方向移動機構及び前記ローテーション機構が、前記チルト機構による回転移動に伴って移動するものであることが望ましい。

【0011】

チルト機構における集光ミラーのチルト方向の位置決めにおいて集光器装置の自重を利用可能にするとともに、頻繁に使用され得る３軸方向移動機構を操作し易くするためには、前記測定試料が収容されるチャンバに取り付けられる取付フランジを有し、前記取付フランジを挿通するように前記保持シャフトが設けられて、前記集光ミラーが前記チャンバ内に配置されるとともに、前記保持シャフトの外側端部が前記チャンバ外に延出するように構成されており、前記取付フランジに前記チルト機構が連結されるとともに、前記３軸方向移動機構が、前記保持シャフトの外側端部に設けられていることが望ましい。また、チルト機構を取付フランジ又はその近傍に連結することによって、チルト機構の回転軸をチャンバ側に位置させて集光ミラーのチルト方向の移動半径を小さくすることができ、集光ミラーのチルト方向の微調整を容易にすることもできる。

【0012】

上記同様に３軸方向移動機構を操作し易くするとともに、ローテーション機構をチルト機構近傍に配置することによって、５軸方向移動機構の構成を簡単にするためには、前記ローテーション機構が、前記チルト機構のチルトガイドによりチルト方向に移動するチルト可動体に連結されており、前記３軸方向移動機構が、前記ローテーション機構のローテーションガイドによりローテーション方向に移動するローテーション可動体に連結されていることが望ましい。

【発明の効果】

【0013】

このように構成した本発明によれば、集光ミラーの位置調整の簡単化、位置調整における位置再現性の向上、及び集光ミラーの調整時間の短縮を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本実施形態の一実施形態に係る試料分析装置の模式的構成図である。

【図2】同実施形態の集光器装置の斜視図である。

【図3】同実施形態の集光器装置の側面図である。

【図4】同実施形態の集光器装置の断面図である。

【図5】同実施形態の保持シャフトの斜視図である。

【図6】同実施形態の保持シャフトの具体的構成を示す図である。

【図7】従来の集光器装置のチルト調整機構を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下に本発明に係る試料分析装置１００の一実施形態について図面を参照して説明する。

【0016】

＜装置構成＞
本実施形態に係る試料分析装置１００は、エネルギ線である電子線ＥＢを半導体ウエハ等の測定試料Ｗ（以下、単に試料Ｗという。）に照射することにより試料Ｗから生じるカソードルミネッセンスＣＬを用いて、試料Ｗの微小領域における物性評価や半導体素子の解析を行うもの、いわゆるカソードルミネッセンス分析装置である。

【0017】

具体的にこのものは、図１に示すように、試料Ｗを収容する真空チャンバ２と、その真空チャンバ２内に収容された試料Ｗにエネルギ線である電子線ＥＢを照射するエネルギ線照射系たる電子線照射装置３と、電子線ＥＢの照射によって試料Ｗから発生するカソードルミネッセンスＣＬを分光し、検出する光検出部たる検出装置４と、その検出装置４からの出力信号を受信し、前記試料Ｗを評価等（例えば応力測定）するために所定の演算処理を行う情報処理装置５とを備えている。

【0018】

以下、各部２〜５について図１を参照して説明する。

【0019】

真空チャンバ２は、電子線ＥＢが照射される試料Ｗを収容する容器と、当該容器内を真空にする真空ポンプとを有する。また、真空チャンバ２は、試料Ｗが載置される試料台２０１と、この試料台２０１をＸＹＺ方向に駆動する駆動機構（図示しない）とを備えている。

【0020】

電子線照射装置３は、例えば熱電界放出型の電子銃３１と、電子銃３１から射出された電子線ＥＢを試料Ｗの所定部位に収束させるレンズ機構及び電子線ＥＢを走査させるための走査機構等からなる電子線制御機構３２と、電子銃３１及び電子線制御機構３２を内部に有する鏡筒３３とを備えている。この鏡筒３３の下端部は、前記真空チャンバ２の上壁に連続して設けられている。

【0021】

検出装置４は、集光ミラー４１、光ファイバ４２、分光部４３及びセンシング部４４を備えている。

【0022】

集光ミラー４１は、鏡筒３３及び試料Ｗの間に設けられ、試料Ｗから発生するカソードルミネッセンスＣＬを最小限の損失で集めて光ファイバ４２に導くものである。この集光ミラー４４は、鏡筒３３で収束された電子線ＥＢを通過させ、その電子線ＥＢを試料Ｗに照射するための電子線通過孔と、その電子線通過孔の軸線上に焦点が設定されたミラー面とを有する。なお、ミラー面は、放物面鏡又は楕円面鏡などが考えられるが本実施形態では楕円面鏡を用いている。

【0023】

光ファイバ４２は、集光ミラー４１により集光されたカソードルミネッセンスＣＬを分光部４３に転送するものである。この光ファイバ４２の受光面である先端面は、集光ミラー４１の焦点に配置されるとともに、後端部分が分光部４３に接続される。

【0024】

分光部４３は、前記集光ミラー４１で集光されたカソードルミネッセンスＣＬを単色光に分離するもので、例えばモノクロメータを利用して構成している。センシング部４４は、光検出部であり、前記分光部４３で波長毎に複数に分光された各単色光の強度をそれぞれ測定し、各単色光の強度に応じた値の電流値（又は電圧値）を有する出力信号を出力する。

【0025】

情報処理装置５は、構造としては、ＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェイス、ＡＤ変換器、入力手段等からなる汎用又は専用のコンピュータである。そして、前記メモリの所定領域に格納してあるプログラムに基づいてＣＰＵやその周辺機器が作動することにより、この情報処理装置５が、前記検出装置４からの出力信号を受信し、走査した各測定ポイントでの応力等を算出する。

【0026】

しかして本実施形態の試料分析装置１００は、図２〜図４に示すように、集光ミラー４１及び光ファイバ４２を保持するとともに、集光ミラー４１を５軸独立して調整可能な位置調整機能を有する集光器装置Ｘを備えている。

【0027】

この集光器装置Ｘは、前記集光ミラー４１と、前記光ファイバ４２と、それら集光ミラー４１及び光ファイバ４２を保持する保持シャフト６と、保持シャフト６を真空チャンバ２に取り付けるための取付フランジ７と、保持シャフト６及び取付フランジ７の間に介在して設けられて、保持シャフト６を直交する３軸方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向）に移動させる３軸方向移動機構８と、保持シャフト６及び取付フランジ７の間に介在して設けられ、保持シャフト６をチルト方向に沿って回転させるチルト機構９と、保持シャフト６及び取付フランジ７の間に介在して設けられ、前記保持シャフト６をローテンション方向に沿って回転させるローテーション機構１０とを有する。

【0028】

保持シャフト６は、図５及び図６に示すように、先端部に集光ミラー４１が取り付けられるミラー保持部６１と、ミラー保持部６１の後端部に連結されるとともに、前記集光ミラー４１により集光された光を受光する光ファイバ４２を保持するシャフト本体６２とを有する。なお、保持シャフト６により保持されている集光ミラー４１及び光ファイバ４２の相対位置関係は一定である。

【0029】

ミラー保持部６１は、先端部に平面視概略コの字形状をなす保持枠６１１と当該保持枠６１１に連設された概略円筒状をなす保持部本体６１２とからなる。概略コの字形状の保持枠６１１の内部に集光ミラ４１ーが固定される。具体的には、保持枠６１１の先端壁６１１ａに集光ミラー４１がねじ固定される。

【0030】

シャフト本体６２は、概略円筒形状をなし、内部に光ファイバ４２を収容するものである。また、シャフト本体６２の先端部には透光窓６２Ｗが設けられており、当該透光窓６２Ｗを介して集光ミラー４１からの集光光が光ファイバ４２の受光面に入射する。なお、透光窓６２Ｗは、石英ガラス（ＳｉＯ_２）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）など、目的の波長に合わせて適宜選択可能である。また、シャフト本体６２の後端部には、３軸方向移動機構８（詳細にはＺ軸方向移動機構８３の可動体８３２）に固定されるフランジ６２Ｆが設けられている。

【0031】

ここで集光ミラー４１の焦点と光ファイバ４２の受光面との位置決め構造について説明する。本実施形態では、集光ミラー４１が取り付けられるミラー保持部６１の先端壁６１１ａと、シャフト本体６２の透光窓６２Ｗとの距離を、集光ミラー４１の焦点距離に合わせて設定する。また、集光ミラー４１に設けられた固定用ねじ孔と、ミラー保持部６１の先端壁６１１ａに設けられた位置決め固定用ピンとを最適な機械精度で製作する。そして、集光ミラー４１を先端壁６１１ａに固定するだけで、集光ミラー４１の焦点が光ファイバ４２の受光面と一致するように構成している。これにより、集光ミラー４１と光ファイバ４２の受光面との光軸調整及び組み立て誤差を可及的に低減する構成としている。

【0032】

取付フランジ７は、真空チャンバ２の側壁に設けられた取付孔に取り付けられるものである。この取付フランジ７には、保持シャフト６、３軸方向移動機構８、チルト機構９及びローテーション機構１０が一体的に設けられている。そして、取付フランジ７を真空チャンバ２に固定することにより、保持シャフト６、３軸方向移動機構８、チルト機構９及びローテーション機構１０が真空チャンバ２に取り付けられる。

【0033】

具体的に取付フランジ７は、概略回転体形状をなす円筒形状をなし、真空チャンバ２の側壁にねじ固定されるフランジ部７１と、当該フランジ部７１の後端面に連続して設けられた円筒部７２とを有する。そして、この円筒部７２に後述するチルト機構９が設けられる。また、この取付フランジ７を挿通するように保持シャフト６が配置されて、保持シャフト６の先端部に設けられた集光ミラー４１が真空チャンバ２内に配置され、保持シャフト６の後端部がチャンバ２外に延出するように構成されている。そして、この保持シャフト６の後端部に３軸方向移動機構８が設けられる。

【0034】

なお、取付フランジ７は、集光器装置Ｘに対して着脱可能に構成されており、この取付フランジ７を交換することで、種々のタイプの真空チャンバ２に対応可能としている。これにより、取付フランジ７を交換するだけで、集光器装置Ｘのその他の部分に変更を加えることなく、種々のタイプの真空チャンバ２に対応させることができ、また、その変更を迅速かつ簡便に行うことができる。したがって生産性及び汎用性を向上させることができる。

【0035】

チルト機構９は、電子線ＥＢの照射方向（Ｚ軸方向）及び保持シャフト６の中心軸６Ｐ（Ｙ軸方向）に直交する回転軸９Ｒ周りに回転可能にするチルトガイドを有し、保持シャフト６を当該チルトガイドに沿って回転軸９Ｒ周りに回転させるものである（図３参照）。このチルト機構９は、集光ミラー４１をチルト中心位置に対して例えば±２度のチルト範囲で調整可能にするものである。

【0036】

具体的にチルト機構９は、図４に示すように、取付フランジ７に連続して設けられており、取付フランジ７が固定されるフランジ固定部９１と、このフランジ固定部９１に対して回転軸９Ｒを介して回転自在に設けられたチルト可動体９２と、当該チルト可動体９２をフランジ固定部９１（取付フランジ７）に対して回転軸９Ｒを中心として回転させるためのチルト駆動部（不図示）とを備えている。回転軸９Ｒは、チルトガイドの機能を有し、電子線ＥＢの照射方向（Ｚ軸方向）及び保持シャフト６の中心軸６Ｐ（Ｙ軸方向）に直交する方向に沿って設けられている。具体的には、回転軸９Ｒによる保持シャフト６の回転中心と保持シャフト６の中心軸６Ｐとが交差するように、回転軸９Ｒが設けられている（図３又は図４参照）。

【0037】

チルト駆動部は、チルト可動部９２にＹ軸方向に形成された雌ねじ貫通孔と、当該雌ねじ貫通孔に螺合する調節ねじとにより構成されている。この調整ねじの先端部は、フランジ固定部９１に接触するように設けられている。そして、当該調節ねじを締緩させることによって、チルト可動部９２がフランジ固定部９１に対して回転軸９Ｒを中心に回転するように構成されている。

【0038】

ローテーション機構１０は、保持シャフト６の中心軸６Ｐ（Ｙ軸方向）周りに回転可能にするローテーションガイドを有し、保持シャフト６を当該ローテーションガイドに沿って中心軸６Ｐ周りに回転させるものである。このローテーション機構１０は、集光ミラー４１をローテーション中心位置に対して例えば±０．５度の回転範囲で調整可能にするものである。

【0039】

具体的にローテーション機構１０は、図４に示すように、チルト機構９のチルト可動体９２に連結して設けられており、チルト可動体９２に固定されるガイド本体１０１と、当該ガイド本体１０１に対して保持シャフト６の中心軸６Ｐを回転中心として回転するローテーション可動体１０２と、当該ローテーション可動体１０２をガイド本体１０１に対して中心軸６Ｐを回転中心として回転させるためのローテーション駆動部１０３とを備えている。ガイド本体１０１には、ローテーション可動体１０２を保持シャフト６の中心軸６Ｐを回転中心として回転させるためのスライド溝１０１Ｍを有している。このスライド溝１０１Ｍは、中心軸６Ｐを中心とする部分円弧状のものであり、当該スライド溝１０１Ｍをローテーション可動体１０２が摺動することによって保持シャフト６が中心軸６Ｐ周りに回転する。このスライド溝１０１Ｍがローテーションガイドである。なお、図４中の符号１０４は、ローテーション可動体１０２の摺動を可能にしつつスライド溝１０１Ｍからの抜脱を防止するための留めねじである。

【0040】

ローテーション駆動部１０３は、ガイド本体１０１にＸ軸方向に形成された雌ねじ貫通孔と、当該雌ねじ貫通孔に螺合する調整ねじとにより構成されている。この調整ねじの先端部は、ローテーション可動部に接触するように設けられている。そして、当該調整ねじを締緩させることによって、ローテーション可動体１０２がガイド本体１０１に対して摺動するように構成されている。

【0041】

３軸方向移動機構８は、直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向それぞれに移動可能にする移動ガイドを有し、前記保持シャフト６を当該直交３軸方向に移動させるものである。具体的に３軸方向移動機構８は、図４に示すように、Ｘ方向移動機構８１、Ｙ軸方向移動機構８２及びＺ軸方向移動機構８３からなる。

【0042】

Ｙ軸方向移動機構８２は、保持シャフト６をＹ軸方向（保持シャフト６の中心軸６Ｐ）に沿って移動させるものであり、このＹ軸方向移動機構８２により集光ミラー４１を測定位置と当該測定位置から離間した退避位置との間で移動させるものであり、測定位置と離間位置との距離は、例えば１１０ｍｍである。なお、測定位置とは、集光ミラー４１の電子線通過孔と電子線ＥＢの中心軸とが略一致し、測定するための位置である。退避位置とは、集光ミラー４１が電子線照射装置３（対物レンズ）と試料Ｗとの間から離間し、測定しない位置である。

【0043】

具体的にＹ軸方向移動機構８２は、図４に示すように、ローテーション機構１０のローテーション可動体１０２に連結して設けられており、ローテーション可動体１０２に固定されてＹ軸方向に延設されたＹ軸移動ガイド８２１と、当該Ｙ軸移動ガイド８２１に沿ってスライド移動するＹ軸可動体８２２と、Ｙ軸移動ガイド８２１に沿ってＹ軸可動体８２２をスライド移動させるためのＹ軸駆動部８２３とを備えている。Ｙ軸移動ガイド８２１は、ローテーション可動体１０２から外側に延設された２本のレール部材である。また、Ｙ軸可動体８２２は、前記２本のレール部材８２１が挿入される貫通孔を有しており、当該レール部材８２１に沿ってスライド移動する。Ｙ軸駆動部８２３は、送りねじ機構を用いたものであり、レール部材８２１の間に当該部材８２１に平行に設けられたねじ軸８２３ａと、当該ねじ軸８２３ａに螺合するとともにＹ軸可動体８２２に連結されるナット８２３ｂと、ねじ軸８２３ａを手動にて回転させるための回転ノブ８２３ｃとを備えている。そして、この回転ノブ８２３ｃを回転させることにより、Ｙ軸可動体８２２がレール部材８２１に沿ってＹ軸方向に移動する。

【0044】

Ｘ軸方向移動機構８１は、保持シャフト６をＸ軸方向（Ｙ軸方向に直交し、水平に延びる軸）に沿って移動させるものである。このＸ軸方向調整機構８１は、集光ミラー４１をＸ軸方向に沿って例えば±２ｍｍの範囲で調整可能にするものである。

【0045】

具体的にＸ軸方向移動機構８１は、図４に示すように、Ｙ軸方向移動機構８２のＹ軸可動部８２２に連結して設けられており、Ｙ軸可動体８２２に固定されてＸ軸方向に延設されたＸ軸移動ガイド８１１と、当該Ｘ軸移動ガイド８１１に沿ってスライド移動するＸ軸可動体８１２と、Ｘ軸移動ガイド８１１に沿ってＸ軸可動体８１２をスライド移動させるためのＸ軸駆動部８１３とを備えている。Ｘ軸移動ガイド８１１は、例えばクロスローラガイドやリニアガイドを用いて構成される。Ｘ軸駆動部８１３は、送りねじ機構を用いたものであり、Ｘ軸移動ガイド８１１又はＸ軸可動体８１２の一方にＸ軸方向に沿って設けられたねじと、他方に設けられて前記ねじに螺合するナットとからなる。そして、このねじをドライバ又は六角レンチ等の工具を用いて締緩することによって、Ｘ軸可動体８１２がＸ軸移動ガイド８１１に沿ってＸ軸方向に移動する。なお、図２の符号Ｃ１は、Ｘ軸方向移動機構及びＺ軸方向移動機構を収容するカバーＣに設けられた、Ｘ軸駆動部８１３を操作するための操作孔である。

【0046】

Ｚ軸方向移動機構８３は、保持シャフト６をＺ軸方向（保持シャフト６の中心軸６Ｐに直交し、鉛直平面を形成する軸）に沿って移動させるものである。このＸ軸方向調整機構８１は、集光ミラー４１をＺ軸方向に沿って例えば±２ｍｍの範囲で調整可能にするものである。

【0047】

具体的にＺ軸方向移動機構８３は、図４に示すように、Ｘ軸方向移動機構８１のＸ軸可動部８１２に連結して設けられており、Ｘ軸可動体８１２に固定されてＺ軸方向に延設されたＺ軸移動ガイド８３１と、当該Ｚ軸向移動ガイド８３１に沿ってスライド移動するＺ軸可動体８３２と、Ｚ軸移動ガイド８３１に沿ってＺ軸可動体８３２をスライド移動させるためのＺ軸駆動部８３３とを備えている。Ｚ軸移動ガイド８３１は、例えばクロスローラガイドやリニアガイドを用いて構成される。Ｚ軸駆動部８３３は、送りねじ機構を用いたものであり、Ｚ軸移動ガイド８３１又はＺ軸可動体８３２の一方にＺ軸方向に沿って設けられたねじと、他方に設けられて前記ねじに螺合するナットとからなる。そして、このねじをドライバ又は六角レンチ等の工具を用いて締緩することによって、Ｚ軸可動体８３２がＺ軸移動ガイド８３１に沿ってＺ軸方向に移動する。なお、図２の符号Ｃ２は、カバーＣに設けられた、Ｚ軸駆動部８３３を操作するための操作孔である。

【0048】

そして、このＺ軸可動部８３２に前記保持シャフト６のフランジ６２Ｆが固定されている。また、チルト機構９のチルト可動体９２と保持シャフト６のフランジ６２Ｆとの間には、当該保持シャフト６の周囲を気密に覆う溶接ベローズ等のベローズ部１１が設けられている。この溶接ベローズ１１により気密性を保ちながらも保持シャフト６の進退移動を可能にしている。

【0049】

以上の構成により、チルト機構９を操作することにより、チルト可動体９２に一体的に接続されているローテーション機構１０、３軸方向移動機構８及び保持シャフト６がチルト方向に移動する。またローテーション機構１０を操作することにより、ローテーション可動体１０２に一体的に接続されている３軸方向移動機構８及び保持シャフト６がローテーション方向に移動する。Ｙ軸方向移動機構８２を操作することにより、Ｙ軸可動体８２２に一体的に接続されたＸ軸方向移動機構８１、Ｚ軸方向移動機構８３及び保持シャフト６がＹ軸方向に移動する。またＸ軸方向移動機構８１を操作することにより、Ｘ軸可動体８１２に一体的に接続されているＺ軸方向移動機構８３及び保持シャフト６がＸ軸方向に移動する。そしてＺ軸方向移動機構８３を操作することにより、Ｚ軸可動体８３２に一体的に接続されている保持シャフト６がＺ軸方向に移動する。

【0050】

次に上記５軸調整機構８〜１０を用いた集光ミラー４１の位置調整手法の一例について説明する。

【0051】

１．電子顕微鏡３と集光ミラー４１との調整
まず、電子顕微鏡３の光軸、具体的には対物レンズの光軸と、集光ミラー４１の電子線通過孔との位置調整を行う。この位置決め調整には、Ｘ軸方向移動機構８１及びＹ軸方向移動機構８２を用いた２軸の水平移動（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）により行う。これにより集光ミラー４１を対物レンズと試料Ｗとの間に挿入したことにより生じる電子顕微鏡３の非点収差を軽減することができる。

【0052】

２．試料Ｗと集光ミラー４１との調整
集光ミラー４１は焦点距離があるため予め設定された倍率で結像される。このため集光ミラー４１の光軸調整は、電子顕微鏡３と集光ミラー４１との調整に使用する２軸（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）に加えて３軸（Ｚ軸方向、チルト方向、ローテーション方向）を調整する必要がある。

【0053】

まず、上述したようにＸ軸方向移動機構８１及びＹ軸方向移動機構８２を用いて電子顕微鏡３の対物レンズの光軸と集光ミラー４１の電子線通過孔との位置調整を行う。これは、電子顕微鏡３の光学的配置とカソードルミネッセンスの光学的配置を考慮して調整される。次に、Ｚ軸方向移動機構８３を用いて集光ミラー４１の高さ位置の調整を行い、集光ミラー４１と試料Ｗとの距離を調整する。そして、チルト機構９及びローテーション機構１０を用いて、集光ミラー４１の頂点位置等の試料と集光ミラー４１との位置関係を調整する。そして、これらの調整操作を繰り返すことにより、集光ミラー４１の位置の最適化を行う。

【0054】

＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態に係る試料分析装置１００によれば、３軸方向移動機構８においてはＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向それぞれに移動ガイド８１１、８２１、８３１を有し、チルト機構９においてはチルトガイドである回転軸９Ｒを有し、ローテーション機構１０においてはローテーションガイドであるスライド溝１０１Ｍを有しているので、集光ミラー４１をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、チルト方向及びローテーション方向それぞれに独立して調整可能とすることができる。したがって、ユーザは自分の意図した方向のみに集光ミラー４１を移動させることができるので、集光ミラー４１の位置調整を簡単化することができるとともに、その位置再現性を向上させることができ、調整時間を短縮することもできる。

【0055】

また、取付フランジ６にチルト機構９及びローテーション機構１０を設けており、保持シャフトの外側端部に３軸方向移動機構８を設けていることから、チルト機構９における集光ミラー４１の位置決めにおいて３軸方向移動機構８の重量を利用することができ、チルト機構９の構成を簡単にすることができる。同時に、３軸方向移動機構８を真空チャンバ２から離間して設けることになるので、頻繁に使用され得る３軸方向移動機構８を操作し易くすることができる。

【0056】

＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

【0057】

例えば、チルト機構、ローテーション機構及び３軸方向移動機構の配置態様は前記実施形態に限られず、それらの配置を適宜変更しても良い。例えばチルト機構のみを取付フランジに設け、ローテーション機構及び３軸方向移動機構を保持シャフトの後端部に設けても良い。また、Ｙ軸方向移動機構のみを保持シャフトの後端部に設けて、チルト機構、ローテーション機構及びＸ、Ｚ軸方向移動機構を取付フランジに設けても良い。なお、Ｙ軸方向移動機構は、集光ミラーを測定位置及び退避位置の間で進退移動させるものであるため、保持シャフトの後端部側に設けることが好ましい。

【0058】

また、前記実施形態のチルト機構は振動等の外乱影響を可及的に低減するため、ばねを用いずにユニットの自重とチルト駆動部のねじの進退とによりチルト調整するものであったが、例えば振動等の外乱影響が無視できる測定等に用いるものであれば、自重ではなく又はそれに加えてばねの弾性復帰力を用いるものであっても良い。

【0059】

さらに、前記実施形態の機構は全て手動で行うものであったが、それら機構のうち少なくとも一部をステッピングモータ等のアクチュエータを用いて駆動するものであっても良い。

【0060】

その上、前記実施形態ではエネルギ線として電子線を照射するものをであったが、その他、例えばＸ線、イオンビーム等を照射するものであっても良い。

【0061】

加えて、前記実施形態ではカソードルミネッセンスを測定するものであったが、その他、例えばフォトルミネッセンス、ラマン光等を測定するものであっても良い。

【0062】

さらにその上、Ｘ軸方向移動機構及びＺ軸方向移動機構を収容するカバーを取り外して、Ｘ軸方向移動機構及びＺ軸方向移動機構を調整する場合には、カバーには操作孔を設ける必要はない。

【0063】

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

【符号の説明】

【0064】

１００ ・・・試料分析装置
２ ・・・真空チャンバ
３ ・・・エネルギ線照射系（電子線照射装置）
Ｗ ・・・測定試料
Ｘ ・・・集光器装置
４１ ・・・集光ミラー
６ ・・・保持シャフト
８１１ ・・・Ｘ軸移動ガイド
８１ ・・・Ｘ軸方向移動機構
８２１ ・・・Ｙ軸移動ガイド
８２ ・・・Ｙ軸方向移動機構
８３１ ・・・Ｚ軸移動ガイド
８３ ・・・Ｚ軸方向移動機構
９ ・・・チルト機構
９Ｒ ・・・チルトガイド（回転軸）
９２ ・・・チルト可動体
１０ ・・・ローテーション機構
１０１Ｍ・・・ローテーションガイド（スライド溝）
６Ｐ ・・・保持シャフトの中心軸
１０２ ・・・ローテーション可動体
７ ・・・取付フランジ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】