特許 7547630 試料ホルダおよび解析システム

(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】

(24)【登録日】2024-08-30

(45)【発行日】2024-09-09

(54)【発明の名称】試料ホルダおよび解析システム

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/20 20060101AFI20240902BHJP

【ＦＩ】

H01J37/20 A

H01J37/20 C

H01J37/20 D

H01J37/20 G

【請求項の数】 17

(21)【出願番号】P 2023522004

(86)(22)【出願日】2021-05-17

(86)【国際出願番号】 JP2021018607

(87)【国際公開番号】W WO2022244055

(87)【国際公開日】2022-11-24

【審査請求日】2023-11-09

(73)【特許権者】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク

(74)【代理人】

【識別番号】110002066

【氏名又は名称】弁理士法人筒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】浅倉 浩之

(72)【発明者】

【氏名】菊池 秀樹

(72)【発明者】

【氏名】矢口 紀恵

【審査官】中尾 太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－０９０９７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０８９９３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０１８６４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１００１１９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ３７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

荷電粒子線装置で用いられる試料ホルダであって、
第１方向に延在するホルダ軸と、
前記ホルダ軸の先端に設けられ、且つ、試料を載置可能な載置部と、
前記第１方向に前記ホルダ軸を移動させるための移動機構と、
前記第１方向と垂直な断面視における前記ホルダ軸の中心を回転軸とした第１回転方向に、前記ホルダ軸を回転させるための回転機構と、
前記第１方向と交差する第２方向に突出するように、前記ホルダ軸に固定され、且つ、その位置が前記ホルダ軸の回転および移動に応じて変更される突出部と、
前記第１回転方向において前記ホルダ軸の外周を囲み、且つ、その位置が前記ホルダ軸の回転および移動に応じて変更されないガイド部と、
前記突出部の位置を検出するためのセンサと、
を備え、
前記ガイド部には、第１貫通孔、および、前記第１貫通孔に連通する第２貫通孔が設けられ、
前記第１回転方向における前記第１貫通孔の幅は、前記第１回転方向における前記第２貫通孔の幅よりも大きく、
前記突出部は、前記第１貫通孔の内部および前記第２貫通孔の内部を移動可能であり、
前記センサによって検出された前記突出部の位置から、前記ホルダ軸の回転状態を算出できる、試料ホルダ。

【請求項2】

請求項１に記載の試料ホルダにおいて、
前記回転機構によって前記ホルダ軸が回転する際に、前記突出部は、前記第１貫通孔の内部を前記第１回転方向に沿って移動し、
前記移動機構によって前記ホルダ軸が移動する際に、前記突出部は、前記第２貫通孔の内部を前記第１方向に沿って移動する、試料ホルダ。

【請求項3】

請求項２に記載の試料ホルダにおいて、
前記第１貫通孔の内部において、前記突出部が前記第１貫通孔と前記第２貫通孔との連通箇所に位置している場合、前記突出部は、前記移動機構による前記ホルダ軸の移動と共に、前記第２貫通孔の内部を前記第１方向に沿って移動できる、試料ホルダ。

【請求項4】

請求項３に記載の試料ホルダにおいて、
前記第１方向と交差する第３方向に延在し、且つ、前記載置部に固定された回転軸部材を更に備え、
前記載置部は、前記試料を載置するための第１面を有し、且つ、前記第３方向と垂直な断面視における前記回転軸部材の中心を回転軸とした第２回転方向に回転可能であり、
前記突出部が前記第２貫通孔の内部を前記第１方向に沿って移動する際に、前記第１面が、前記第１方向および前記第３方向によって構成される面と平行になっている、試料ホルダ。

【請求項5】

請求項１に記載の前記試料ホルダと、試料作製装置と、試料観察装置とを含む解析システムであって、
前記試料ホルダは、その内部に前記載置部を格納可能な格納部を更に備え、
前記試料作製装置は、第１試料室と、イオンビームを照射可能なイオン源と、試料作製手段とを備え、
前記試料観察装置は、第２試料室と、電子ビームを照射可能な電子源と、試料観察手段とを備え、
前記試料作製手段は、
（ａ）前記ホルダ軸を前記第１方向に移動し、前記載置部を前記格納部の外部に位置させた状態で、前記試料ホルダを前記第１試料室の内部に挿入するステップ、
（ｂ）前記ステップ（ａ）の後、前記試料を前記載置部に載置するステップ、
（ｃ）前記ステップ（ｂ）の後、前記イオンビームを前記試料に対して照射し、前記試料の一部を加工するステップ、
（ｄ）前記ステップ（ｃ）の後、前記ホルダ軸を前記第１方向に移動し、前記載置部を前記格納部の内部に格納するステップ、
（ｅ）前記ステップ（ｄ）の後、前記試料ホルダを前記第１試料室の外部に取り出すステップ、
を有し、
前記試料観察手段は、
（ｆ）前記試料作製装置において加工された前記試料が前記載置部に載置され、且つ、前記載置部が前記格納部の内部に格納された状態で、前記試料ホルダを前記第２試料室の内部に挿入するステップ、
（ｇ）前記ステップ（ｆ）の後、前記ホルダ軸を前記第１方向に移動し、前記載置部を前記格納部の外部へ移動するステップ、
（ｈ）前記ステップ（ｇ）の後、前記電子ビームを前記試料に対して照射し、前記試料の観察を行うステップ、
を有する、解析システム。

【請求項6】

荷電粒子線装置で用いられる試料ホルダであって、
第１方向に延在するホルダ軸と、
前記ホルダ軸の先端に設けられ、且つ、試料を載置するための第１面を有する載置部と、
前記第１方向に前記ホルダ軸を移動させるための移動機構と、
前記第１方向と垂直な断面視における前記ホルダ軸の中心を回転軸とした第１回転方向に、前記ホルダ軸を回転させるための回転機構と、
前記第１方向と交差する第３方向に延在し、且つ、前記載置部に固定された回転軸部材と、
を備え、
前記載置部は、伝達部材を介して前記ホルダ軸の先端に設けられ、
前記ホルダ軸の先端には、前記載置部を前記伝達部材に押し当てるように、弾性部材が設けられ、
前記伝達部材は、前記ホルダ軸の先端に固定された接続部、および、前記接続部から前記載置部へ向かって前記第１方向に延在し、且つ、前記第１面に接触する伝達部を有し、
前記第１方向と垂直な断面視において、前記伝達部の中心は、前記ホルダ軸の中心からずれており、
前記載置部は、前記第３方向と垂直な断面視における前記回転軸部材の中心を回転軸とした第２回転方向に回転可能である、試料ホルダ。

【請求項7】

請求項６に記載の試料ホルダにおいて、
前記回転機構によって前記ホルダ軸が回転する際に、前記第１面と前記伝達部との接触位置が前記第１回転方向に沿って変化することで、前記載置部が、前記第２回転方向に回転する、試料ホルダ。

【請求項8】

請求項６に記載の試料ホルダにおいて、
前記載置部のうち前記第１面と反対側の第２面には、前記第２面側から前記第１面側へ向かって凹形状を成す第１溝が設けられ、
前記弾性部材は、前記第１溝の内部において、前記載置部を前記伝達部材に押し当てている、試料ホルダ。

【請求項9】

請求項８に記載の試料ホルダにおいて、
前記試料を搭載可能なメッシュを前記載置部に載置するためのメッシュ押さえを更に備え、
前記メッシュ押さえは、平板形状の挟込部、および、前記挟込部と一体化され、且つ、釣針形状を成す装着部を有し、
前記第２面のうち前記第１方向で前記第１溝から離れた位置には、前記第１溝に近づくに連れて、その深さが断続的に深くなる第２溝が設けられ、
前記メッシュを前記載置部に載置する場合、前記装着部を前記第２溝に嵌め合わせながら、前記第１面と前記挟込部との間に前記メッシュを挿入できる、試料ホルダ。

【請求項10】

請求項６に記載の前記試料ホルダと、試料作製装置と、試料観察装置とを含む解析システムであって、
前記試料ホルダは、その内部に前記載置部を格納可能な格納部を更に備え、
前記試料作製装置は、第１試料室と、イオンビームを照射可能なイオン源と、試料作製手段とを備え、
前記試料観察装置は、第２試料室と、電子ビームを照射可能な電子源と、試料観察手段とを備え、
前記試料作製手段は、
（ａ）前記ホルダ軸を前記第１方向に移動し、前記載置部を前記格納部の外部に位置させた状態で、前記試料ホルダを前記第１試料室の内部に挿入するステップ、
（ｂ）前記ステップ（ａ）の後、前記試料を前記載置部に載置するステップ、
（ｃ）前記ステップ（ｂ）の後、前記イオンビームを前記試料に対して照射し、前記試料の一部を加工するステップ、
（ｄ）前記ステップ（ｃ）の後、前記ホルダ軸を前記第１方向に移動し、前記載置部を前記格納部の内部に格納するステップ、
（ｅ）前記ステップ（ｄ）の後、前記試料ホルダを前記第１試料室の外部に取り出すステップ、
を有し、
前記試料観察手段は、
（ｆ）前記試料作製装置において加工された前記試料が前記載置部に載置され、且つ、前記載置部が前記格納部の内部に格納された状態で、前記試料ホルダを前記第２試料室の内部に挿入するステップ、
（ｇ）前記ステップ（ｆ）の後、前記ホルダ軸を前記第１方向に移動し、前記載置部を前記格納部の外部へ移動するステップ、
（ｈ）前記ステップ（ｇ）の後、前記電子ビームを前記試料に対して照射し、前記試料の観察を行うステップ、
を有する、解析システム。

【請求項11】

荷電粒子線装置で用いられる試料ホルダであって、
第１方向に延在するホルダ軸と、
前記ホルダ軸の先端に設けられ、且つ、試料を載置可能な載置部と、
開口部を有し、且つ、その内部に前記載置部を格納可能な格納部と、
前記第１方向に前記ホルダ軸を移動させるための移動機構と、
前記第１方向と垂直な断面視における前記ホルダ軸の中心を回転軸とした第１回転方向に、前記ホルダ軸を回転させるための回転機構と、
前記第１方向に延在し、且つ、前記移動機構による前記ホルダ軸の移動に連動して、前記第１方向に移動可能な支持部と、
前記第１方向と交差する第３方向に延在し、且つ、前記載置部に固定された回転軸部材と、
を備え、
前記支持部は、前記第３方向で前記ホルダ軸および前記載置部に隣接し、
前記支持部の先端には、ハッチカバーが設けられ、
前記ホルダ軸および前記支持部が前記第１方向に移動し、前記載置部が前記格納部の内部に格納された格納状態では、前記開口部は、前記ハッチカバーによって塞がれ、
前記第１方向と垂直な断面視において、前記開口部および前記ハッチカバーの各々は、前記第３方向を長軸とした長円形状または楕円形状を成し、
前記載置部は、前記試料を載置するための第１面を有し、且つ、前記第３方向と垂直な断面視における前記回転軸部材の中心を回転軸とした第２回転方向に回転可能であり、
前記格納状態では、前記第１面が、前記第１方向および前記第３方向によって構成される面と平行になっている、試料ホルダ。

【請求項12】

請求項１１に記載の試料ホルダにおいて、
前記格納部のうち前記開口部には、封止部材が設けられ、
前記格納状態では、前記ハッチカバーが前記封止部材に密着することで、前記格納部の内部が密閉される、試料ホルダ。

【請求項13】

請求項１１に記載の前記試料ホルダと、試料作製装置と、試料観察装置とを含む解析システムであって、
前記試料作製装置は、第１試料室と、イオンビームを照射可能なイオン源と、試料作製手段とを備え、
前記試料観察装置は、第２試料室と、電子ビームを照射可能な電子源と、試料観察手段とを備え、
前記試料作製手段は、
（ａ）前記ホルダ軸および前記支持部を前記第１方向に移動することで、前記載置部を前記格納部の外部に位置させた状態で、前記試料ホルダを前記第１試料室の内部に挿入するステップ、
（ｂ）前記ステップ（ａ）の後、前記試料を前記載置部に載置するステップ、
（ｃ）前記ステップ（ｂ）の後、前記イオンビームを前記試料に対して照射し、前記試料の一部を加工するステップ、
（ｄ）前記ステップ（ｃ）の後、前記ホルダ軸および前記支持部を前記第１方向に移動し、前記載置部を前記格納部の内部に格納するステップ、
（ｅ）前記ステップ（ｄ）の後、前記試料ホルダを前記第１試料室の外部に取り出すステップ、
を有し、
前記試料観察手段は、
（ｆ）前記試料作製装置において加工された前記試料が前記載置部に載置され、且つ、前記載置部が前記格納部の内部に格納された状態で、前記試料ホルダを前記第２試料室の内部に挿入するステップ、
（ｇ）前記ステップ（ｆ）の後、前記ホルダ軸および前記支持部を前記第１方向に移動し、前記載置部を前記格納部の外部へ移動するステップ、
（ｈ）前記ステップ（ｇ）の後、前記電子ビームを前記試料に対して照射し、前記試料の観察を行うステップ、
を有する、解析システム。

【請求項14】

荷電粒子線装置で用いられる試料ホルダであって、
第１方向に延在するホルダ軸と、
前記ホルダ軸の先端に設けられ、且つ、試料を載置可能な載置部と、
前記第１方向に前記ホルダ軸を移動させるための移動機構と、
前記第１方向と垂直な断面視における前記ホルダ軸の中心を回転軸とした第１回転方向に、前記ホルダ軸を回転させるための回転機構と、
前記ホルダ軸と離間した位置に設けられ、前記第１方向と交差する第２方向に延在し、且つ、その位置が前記ホルダ軸の回転および移動に応じて変更されない突出部と、
を備え、
前記ホルダ軸には、第１凹部、および、前記第１凹部に連通する第２凹部が設けられ、
前記第１回転方向における前記第１凹部の幅は、前記第１回転方向における前記第２凹部の幅よりも大きく、
前記ホルダ軸は、前記突出部が前記第１凹部の内部に嵌め込まれた状態で、前記第１回転方向に沿って回転でき、
前記ホルダ軸は、前記突出部が前記第２凹部の内部に嵌め込まれた状態で、前記第１方向に沿って移動できる、試料ホルダ。

【請求項15】

請求項１４に記載の試料ホルダにおいて、
前記第１方向と交差する第３方向に延在し、且つ、前記載置部に固定された回転軸部材を更に備え、
前記載置部は、前記試料を載置するための第１面を有し、且つ、前記第３方向と垂直な断面視における前記回転軸部材の中心を回転軸とした第２回転方向に回転可能であり、
前記ホルダ軸が前記第１方向に沿って移動する際に、前記第１面が、前記第１方向および前記第３方向によって構成される面と平行になっている、試料ホルダ。

【請求項16】

請求項１４に記載の試料ホルダにおいて、
前記第１凹部と前記第２凹部との連通箇所を検出するためのセンサを更に備え、
前記センサによって検出された前記連通箇所の位置から、前記ホルダ軸の回転状態を算出できる、試料ホルダ。

【請求項17】

請求項１４に記載の前記試料ホルダと、試料作製装置と、試料観察装置とを含む解析システムであって、
前記試料ホルダは、その内部に前記載置部を格納可能な格納部を更に備え、
前記試料作製装置は、第１試料室と、イオンビームを照射可能なイオン源と、試料作製手段とを備え、
前記試料観察装置は、第２試料室と、電子ビームを照射可能な電子源と、試料観察手段とを備え、
前記試料作製手段は、
（ａ）前記ホルダ軸を前記第１方向に移動し、前記載置部を前記格納部の外部に位置させた状態で、前記試料ホルダを前記第１試料室の内部に挿入するステップ、
（ｂ）前記ステップ（ａ）の後、前記試料を前記載置部に載置するステップ、
（ｃ）前記ステップ（ｂ）の後、前記イオンビームを前記試料に対して照射し、前記試料の一部を加工するステップ、
（ｄ）前記ステップ（ｃ）の後、前記ホルダ軸を前記第１方向に移動し、前記載置部を前記格納部の内部に格納するステップ、
（ｅ）前記ステップ（ｄ）の後、前記試料ホルダを前記第１試料室の外部に取り出すステップ、
を有し、
前記試料観察手段は、
（ｆ）前記試料作製装置において加工された前記試料が前記載置部に載置され、且つ、前記載置部が前記格納部の内部に格納された状態で、前記試料ホルダを前記第２試料室の内部に挿入するステップ、
（ｇ）前記ステップ（ｆ）の後、前記ホルダ軸を前記第１方向に移動し、前記載置部を前記格納部の外部へ移動するステップ、
（ｈ）前記ステップ（ｇ）の後、前記電子ビームを前記試料に対して照射し、前記試料の観察を行うステップ、
を有する、解析システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、試料ホルダおよび解析システムに関し、特に、ホルダ軸の先端に試料を載置可能な載置部を備えた試料ホルダ、および、その試料ホルダを含む解析システムに関する。

【背景技術】

【0002】

材料開発の分野では、試料の結晶構造の観察に対する重要性が増している。近年では、特に環境エネルギー材料である有機ＥＬ素子またはリチウムイオン電池の分野において、大気成分との反応を避けながら、試料の結晶構造を観察する要求が高まっている。例えば、集束イオンビーム（ＦＩＢ：Focused Ion Beam）装置またはＦＩＢ－ＳＥＭ（Focused Ion Beam - Scanning Electron Microscope）装置のような試料作製装置によって、結晶構造の観察用の試料が作製され、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）のような試料観察装置を用いて、試料の観察が行われている。

【0003】

例えば、特許文献１には、ＦＩＢ加工による試料の作製と、ＴＥＭによる試料の観察とを、試料の付け替えを行うこと無く、単一の試料ホルダで実現する機能が開示されている。特許文献１では、ホルダ軸の回転を歯車機構によって伝達することで、ホルダ軸の延在方向に対して垂直な任意の回転軸（Ａｚｉｍｕｔｈ軸）を中心として、試料を３６０度回転させることができる。

【0004】

また、特許文献２では、支持棒をスライドさせる機構によって、支持棒の先端を試料ホルダの内部に格納することで、試料台の近傍に気密室を形成する技術が開示されている。これによれば、ＦＩＢ加工とＴＥＭ観察とを、試料の付け替えを行うこと無く、且つ、試料を大気曝露すること無く、単一の試料ホルダで実現できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第４６５４２１６号公報

【文献】特許第５５１７５５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１および２では、試料が針形状である場合が想定されているが、ＦＩＢ加工およびＴＥＭ観察において通常使用される、直径３ｍｍのメッシュまたはハーフメッシュを試料ホルダに載置することは想定されていない。そのため、特殊な形状を持つ試料の準備、トモグラフィーなどの特殊用途、または特定のメッシュの使用を前提とする。このとき、単一の試料ホルダに、通常サイズのメッシュを含む大きな試料を載置しようとすると、ＴＥＭ観察において、試料ホルダの先端が挿入されるポールピースギャップの狭さが問題となる。

【0007】

特許文献２では、円筒形状の格納部を有しているが、試料ホルダに直径３ｍｍのメッシュを載置しようとしても、格納部の直径が少なくとも３ｍｍを超える。それ故、ＴＥＭ観察において、例えば３ｍｍ以下であるポールピースギャップに、試料ホルダを挿入できないという問題が発生する。

【0008】

ポールピースギャップの距離は磁場レンズおよび光学の設計により決定される。収差補正技術の向上により、ポールピースギャップ距離の短縮化は緩和されつつあるものの、今後のＴＥＭの性能向上に伴って、ポールピースギャップ距離の短縮化は避けられない。そのため、試料ホルダに大きな試料を載置し、且つ、用途に合わせた動作を行えるかという問題は今後も発生し得る。

【0009】

したがって、メッシュを含む大きな試料を載置でき、且つ、ＦＩＢ加工からＴＥＭ観察までを単一で実施できる試料ホルダを実現するためには、試料を載置する箇所が、ポールピースギャップ方向、すなわち光軸に沿った方向において、薄い平板形状である必要がある。同様に、試料載置部の周囲を構成する部材も、光軸に沿った方向において薄い平板形状である必要がある。

【0010】

また、通常使用される試料ホルダは、ホルダ軸の延在方向を回転軸（Ｔｉｌｔ軸）とした回転方向（Ｔｉｌｔ回転方向）と、ホルダ軸に交差する方向を回転軸（Ａｚｉｍｕｔｈ軸）とした回転方向（Ａｚｉｍｕｔｈ回転方向）の２方向に回転できる。

【0011】

特許文献２では、試料のＡｚｉｍｕｔｈ回転方向に回転した状態（試料の傾斜状態）が、どのような状態であるかに拠らず、試料の格納動作が行える。特許文献２においては、針形状の試料を含めた構成部材が円筒の内側に全て納まっており、ある特定の回転状態において試料の一部が円筒の外側に出るということはない。すなわち、任意の回転状態において試料を格納部に格納することが可能であった。

【0012】

ここで、ＦＩＢ加工およびＴＥＭ観察において、より普遍的に使用できる試料ホルダを想定すると、特殊な試料形状または特殊用途のメッシュを使用することなく、直径３ｍｍのメッシュを載置できる試料ホルダが望ましい。このとき、平板形状の試料載置部がＡｚｉｍｕｔｈ回転方向に傾斜したまま格納動作を行おうとすると、載置部が格納部と干渉する状況が生じてしまう。従って、載置部がＡｚｉｍｕｔｈ回転方向に回転できる（載置部が傾斜できる）構造を備え、且つ、試料の格納動作時には、載置部が格納部と干渉しないような工夫が必要となる。

【0013】

本願の主な目的は、ＦＩＢ装置またはＦＩＢ－ＳＥＭ装置のような試料作製装置と、ＴＥＭのような試料観察装置とで共用できるような、汎用性の高い試料ホルダを提供することにある。そのために、大きな試料または試料を搭載したメッシュを載置可能な平板形状の載置部が、Ｔｉｌｔ回転方向およびＡｚｉｍｕｔｈ回転方向に回転できる技術を提供する。また、載置部が格納部と干渉しないように、載置部を格納部の内部に格納できる技術を提供する。また、格納部の内部の気密性を保つことで、試料を大気暴露すること無く、試料作製装置および試料観察装置で利用できる技術を提供する。

【0014】

その他の課題および新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになる。

【課題を解決するための手段】

【0015】

本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

【0016】

一実施の形態における試料ホルダは、荷電粒子線装置で用いられる。また、試料ホルダは、第１方向に延在するホルダ軸と、前記ホルダ軸の先端に設けられ、且つ、試料を載置可能な載置部と、前記第１方向に前記ホルダ軸を移動させるための移動機構と、前記第１方向と垂直な断面視における前記ホルダ軸の中心を回転軸とした第１回転方向に、前記ホルダ軸を回転させるための回転機構と、前記第１方向と交差する第２方向に突出するように、前記ホルダ軸に固定され、且つ、その位置が前記ホルダ軸の回転および移動に応じて変更される突出部と、前記第１回転方向において前記ホルダ軸の外周を囲み、且つ、その位置が前記ホルダ軸の回転および移動に応じて変更されないガイド部と、を備える。ここで、前記ガイド部には、第１貫通孔、および、前記第１貫通孔に連通する第２貫通孔が設けられ、前記第１回転方向における前記第１貫通孔の幅は、前記第１回転方向における前記第２貫通孔の幅よりも大きく、前記突出部は、前記第１貫通孔の内部および前記第２貫通孔の内部を移動可能である。

【0017】

一実施の形態における試料ホルダは、荷電粒子線装置で用いられる。また、試料ホルダは、第１方向に延在するホルダ軸と、前記ホルダ軸の先端に設けられ、且つ、試料を載置するための第１面を有する載置部と、前記第１方向に前記ホルダ軸を移動させるための移動機構と、前記第１方向と垂直な断面視における前記ホルダ軸の中心を回転軸とした第１回転方向に、前記ホルダ軸を回転させるための回転機構と、前記第１方向と交差する第３方向に延在し、且つ、前記載置部に固定された回転軸部材と、を備える。ここで、前記載置部は、伝達部材を介して前記ホルダ軸の先端に設けられ、前記ホルダ軸の先端には、前記載置部を前記伝達部材に押し当てるように、弾性部材が設けられ、前記伝達部材は、前記ホルダ軸の先端に固定された接続部、および、前記接続部から前記載置部へ向かって前記第１方向に延在し、且つ、前記第１面に接触する伝達部を有し、前記第１方向と垂直な断面視において、前記伝達部の中心は、前記ホルダ軸の中心からずれており、前記載置部は、前記第３方向と垂直な断面視における前記回転軸部材の中心を回転軸とした第２回転方向に回転可能である。

【0018】

一実施の形態における試料ホルダは、荷電粒子線装置で用いられる。また、試料ホルダは、第１方向に延在するホルダ軸と、前記ホルダ軸の先端に設けられ、且つ、試料を載置可能な載置部と、開口部を有し、且つ、その内部に前記載置部を格納可能な格納部と、前記第１方向に前記ホルダ軸を移動させるための移動機構と、前記第１方向と垂直な断面視における前記ホルダ軸の中心を回転軸とした第１回転方向に、前記ホルダ軸を回転させるための回転機構と、前記第１方向に延在し、且つ、前記移動機構による前記ホルダ軸の移動に連動して、前記第１方向に移動可能な支持部と、を備える。ここで、前記支持部は、前記第１方向と交差する第３方向で前記ホルダ軸および前記載置部に隣接し、前記支持部の先端には、ハッチカバーが設けられ、前記ホルダ軸および前記支持部が前記第１方向に移動し、前記載置部が前記格納部の内部に格納された格納状態では、前記開口部は、前記ハッチカバーによって塞がれ、前記第１方向と垂直な断面視において、前記開口部および前記ハッチカバーの各々は、前記第３方向を長軸とした長円形状または楕円形状を成している。

【発明の効果】

【0019】

一実施の形態によれば、汎用性の高い試料ホルダを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】実施の形態１における試料ホルダ、格納システムおよび解析システムを示す模式図である。

【図2】実施の形態１における試料ホルダの開放状態を示す断面図である。

【図3】実施の形態１における試料ホルダの開放状態を示す平面図である。

【図4】実施の形態１における試料ホルダの格納状態を示す断面図である。

【図5A】実施の形態１におけるガイド部および突出部を示す側面図および断面図である。

【図5B】実施の形態１におけるガイド部および突出部を示す側面図および断面図である。

【図5C】実施の形態１におけるガイド部および突出部を示す側面図および断面図である。

【図6】実施の形態１における開放状態と格納状態との切り替えを示すフローチャートである。

【図7】実施の形態１における載置部を示す斜視図である。

【図8】実施の形態１における載置部を示す斜視図である。

【図9】実施の形態１における載置部を示す断面図である。

【図10】実施の形態１におけるメッシュ押さえを示す断面図である。

【図11】実施の形態１における載置部、メッシュおよびメッシュ押さえを示す斜視図である。

【図12】実施の形態１における載置部、メッシュおよびメッシュ押さえを示す断面図である。

【図13A】実施の形態１における試料ホルダを示す平面図および断面図である。

【図13B】実施の形態１における試料ホルダを示す平面図および断面図である。

【図13C】実施の形態１における試料ホルダを示す平面図および断面図である。

【図14】実施の形態１における試料作製装置を示す模式図である。

【図15】実施の形態１における試料観察装置を示す模式図である。

【図16】実施の形態１における試料にイオンビームが照射される様子を示す断面図である。

【図17】実施の形態１における試料に電子ビームが照射される様子を示す断面図である。

【図18】実施の形態１における試料作製手段および試料観察手段を示すフローチャートである。

【図19】変形例における試料ホルダ、格納システムおよび解析システムを示す模式図である。

【図20】変形例における格納状態から開放状態への切り替えを示すフローチャートである。

【図21】変形例における開放状態から格納状態への切り替えを示すフローチャートである。

【図22A】実施の形態２におけるホルダ軸および突出部を示す側面図および断面図である。

【図22B】実施の形態２におけるホルダ軸および突出部を示す側面図および断面図である。

【図22C】実施の形態２におけるホルダ軸および突出部を示す側面図および断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。

【0022】

また、本願において説明されるＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、試料ホルダの各構成の向きを説明するために使用され、互いに交差し、互いに直交している。また、以下では、Ｘ方向およびＹ方向によって構成される面をＺ方向から見ることを、平面視として説明する場合もある。

【0023】

（実施の形態１）
＜試料ホルダ１００について＞
以下に図１～図４を用いて、実施の形態１における試料ホルダ１００の概要について説明する。図１は、試料ホルダ１００、試料ホルダ１００を用いた格納システム２００、および、格納システム２００を含む解析システム３００を示す模式図である。

【0024】

試料ホルダ１００は、荷電粒子線装置に用いられ、格納部１と、ホルダ軸２と、載置部３と、移動機構４と、回転機構５と、突出部６と、ガイド部７とを備える。格納部１は、ホルダ軸２を移動した際に、その内部に載置部３を格納可能である。また、移動機構４、回転機構５、突出部６およびガイド部７は、格納部１の内部に設けられている。

【0025】

ホルダ軸２は、第１方向（Ｘ方向）に延在し、移動機構４および回転機構５に接続されている。ホルダ軸２の先端には、試料ＳＡＭを載置可能な載置部３が設けられている。移動機構４は、Ｘ方向にホルダ軸２を移動させるための機構であり、回転機構５は、第１回転方向にホルダ軸２を回転させるための機構である。なお、第１回転方向とは、ホルダ軸２の延在方向（Ｘ方向）と垂直な断面視におけるホルダ軸２の中心を回転軸とした回転方向である。突出部６およびガイド部７の詳細については、後で図５Ａ～図５Ｃを用いて説明する。

【0026】

制御部Ｃ１は、移動機構４および回転機構５に電気的に接続され、これらの動作を制御する。すなわち、制御部Ｃ１によって、ホルダ軸２のＸ方向への移動と、ホルダ軸２の第１回転方向への回転とが制御される。なお、制御部Ｃ１を用いずに、オペレータが、移動機構４または回転機構５を直接操作し、ホルダ軸２の移動および回転を行うこともできる。

【0027】

格納システム２００は、試料ホルダ１００および制御部Ｃ１を含み、試料作製装置４００および試料観察装置５００に適用可能である。例えば、制御部Ｃ１を、試料作製装置４００の一部の制御部、または、試料観察装置５００の一部の制御部として構成することもできる。解析システム３００は、格納システム２００（試料ホルダ１００）、試料作製装置４００および試料観察装置５００を含み、単一の試料ホルダ１００を用いて、試料ＳＡＭの加工から試料ＳＡＭの観察までを行える。

【0028】

図２～図４は、試料ホルダ１００のうち載置部３の周囲を拡大して示している。図２および図３は、ホルダ軸２がＸ方向に移動し、載置部３が格納部１の外部に位置している状態である開放状態を示している。図４は、ホルダ軸２がＸ方向に移動し、載置部３が格納部１の内部に格納された状態である格納状態を示している。以降の説明で、「開放状態」または「格納状態」と表現した場合、それらは、載置部３が上述のような状態にあることを意味する。

【0029】

試料ホルダ１００は、第１方向（Ｘ方向）に延在する支持部８を更に備える。支持部８は、移動機構４によるホルダ軸２の移動に連動して、Ｘ方向に移動可能である。また、支持部８は、第１方向（Ｘ方向）と交差する第３方向（Ｚ方向）でホルダ軸２および載置部３に隣接している。また、支持部８は、試料作製装置４００での加工時に、イオンビーム照射を阻害しないようにするために、片側が開放された構造になっている。図２の場合、支持部８は、ホルダ軸２および載置部３の下方に存在するが、ホルダ軸２および載置部３の上方に存在していない。

【0030】

また、試料ホルダ１００は、第３方向（Ｚ方向）に延在し、且つ、載置部３に固定された回転軸部材９を更に備える。回転軸部材９は、回転軸部材９が第２回転方向に回転できる程度に、支持部８に設けられた孔の内部に嵌め込まれている。すなわち、載置部３は、回転軸部材９によって支持部８に取り付けられている。なお、回転軸部材９の支持部８への取り付けは、特に限定されず、例えば載置部３と反対側の支持部８にネジ止めによって固定する方法でもよい。

【0031】

なお、第２回転方向とは、回転軸部材９の延在方向（Ｚ方向）と垂直な断面視における回転軸部材９の中心を回転軸とした回転方向である。回転軸部材９に固定されている載置部３は、回転軸部材９の回転に応じて第２回転方向に回転できる。

【0032】

支持部８の先端には、ハッチカバー１０が設けられている。ハッチカバー１０は、格納部１の開口部１４と、ほぼ同じサイズで形成されている。図４に示されるように、格納状態では、開口部１４は、ハッチカバー１０によって塞がれる。また、格納部１のうち開口部１４には、例えばＯリングのような封止部材１５が設けられている。格納状態では、ハッチカバー１０が封止部材１５に密着することで、格納部１の内部が密閉される。これにより、格納部１の内部の真空度が保たれる。

【0033】

図２および図３に示されるように、載置部３は、伝達部材（カム）１２を介してホルダ軸２の先端に設けられている。また、ホルダ軸２の先端には、載置部３を伝達部材１２に押し当てるように、例えばバネのような弾性部材１３が設けられている。また、伝達部材１２は、接続部１２ａおよび伝達部１２ｂを有する。接続部１２ａは、ホルダ軸２の先端に固定されている。伝達部１２ｂは、接続部１２ａから載置部３へ向かってＸ方向に延在し、且つ、載置部３に接触する。

【0034】

このような伝達部材１２、弾性部材１３および回転軸部材９によって、載置部３を第２回転方向に回転させることができるが、これらの詳細については、後で図１３Ａ～図１３Ｃを用いて説明する。

【0035】

＜突出部６およびガイド部７について＞
図５Ａ～図５Ｃは、突出部６およびガイド部７の側面図と、側面図のＡ－Ａ線に沿った断面図とを示している。

【0036】

図５Ａ～図５Ｃに示されるように、突出部６は、第１方向（Ｘ方向）と交差する第２方向に突出するように、ホルダ軸２に固定されている。第２方向は、ホルダ軸２の延在方向と交差する方向であればよく、Ｙ方向またはＺ方向であってもよいし、これらと異なる方向であってもよい。突出部６は、回転機構５によってホルダ軸２が回転すると回転し、移動機構４によってホルダ軸２が移動すると移動する。すなわち、突出部６の位置は、ホルダ軸２の回転および移動に応じて変更される。

【0037】

ガイド部７は、第１回転方向においてホルダ軸２の外周を囲み、ホルダ軸２と離間している。ガイド部７はホルダ軸２の動作に影響を受けないので、ガイド部７の位置は、ホルダ軸２の回転および移動に応じて変更されない。

【0038】

また、ガイド部７には、貫通孔７ａ、および、貫通孔７ａに連通する貫通孔７ｂが設けられている。第１回転方向における貫通孔７ａの幅は、第１回転方向における貫通孔７ｂの幅よりも大きくなっている。そして、突出部６は、貫通孔７ａの内部および貫通孔７ｂの内部を移動可能である。

【0039】

図５Ａは、開放状態における突出部６の様子を示している。回転機構５によってホルダ軸２が回転する際に、突出部６は、貫通孔７ａの内部を第１回転方向に沿って移動する。すなわち、開放状態では、第１回転方向における突出部６の移動が制限されないので、ホルダ軸２が、第１回転方向に回転できる。一方で、Ｘ方向における突出部６の移動は制限されるので、ホルダ軸２は、Ｘ方向に移動できない。

【0040】

図５Ｂは、開放状態と格納状態との切り替え時における突出部６の様子を示している。貫通孔７ａの内部において、突出部６が貫通孔７ａと貫通孔７ｂとの連通箇所に位置している場合、突出部６は、移動機構４によるホルダ軸２の移動と共に、貫通孔７ｂの内部をＸ方向に沿って移動できるようになる。すなわち、突出部６の回転状態が、突出部６が貫通孔７ｂの内部を移動できる状態である場合にのみ、開放状態と格納状態との切り替えを行うことができる。言い換えれば、移動機構４は、突出部６およびガイド部７の空間的干渉により、ホルダ軸２が特定の回転状態を満たしている場合にのみ駆動できる。

【0041】

図５Ｃは、格納状態における突出部６の様子を示している。移動機構４によってホルダ軸２が移動する際に、突出部６は、貫通孔７ｂの内部をＸ方向に沿って移動する。すなわち、格納状態では、Ｘ方向における突出部６の移動が制限されないので、ホルダ軸２が、Ｘ方向に移動できる。一方で、第１回転方向における突出部６の移動は制限されるので、ホルダ軸２は、第１回転方向に回転できない。なお、載置部３が完全に格納部１の内部に格納された後では、突出部６がガイド部７を通過しているので、ホルダ軸２を第１回転方向に回転させることもできる。

【0042】

図６に示されるステップＳ１～Ｓ３は、格納状態から開放状態へ切り替える場合のフローチャートであり、図６に示されるステップＳ４～Ｓ６は、開放状態から格納状態へ切り替える場合のフローチャートである。

【0043】

ステップＳ１では、ホルダ軸２の回転状態が特定の回転状態であるか否かを確認する。特定の回転状態以外の場合には、格納状態において回転機構５を駆動し、ホルダ軸２の回転状態が特定の回転状態になるように、ホルダ軸２を回転する。

【0044】

ステップＳ２では、ホルダ軸２の回転状態が特定の回転状態であると確認された場合、移動機構４を駆動し、ホルダ軸２をＸ方向に移動し、載置部３を格納部１の内部から外部へ移動する。この移動は、突出部６が貫通孔７ａと貫通孔７ｂとの連通箇所に到達するまで行われる。すなわち、図５Ｃから図５Ｂへ移行する。

【0045】

ステップＳ３では、試料ホルダ１００が開放状態になる。図５Ｂの状態から回転機構５を駆動することで、図５Ａのように、ホルダ軸２を第１回転方向に回転できる。

【0046】

ステップＳ４では、開放状態において回転機構５を駆動し、ホルダ軸２の回転状態が特定の回転状態になるように、ホルダ軸２を回転する。これにより、突出部６が貫通孔７ａと貫通孔７ｂとの連通箇所に移動する。すなわち、図５Ａから図５Ｂへ移行する。

【0047】

ステップＳ５では、移動機構４を駆動し、ホルダ軸２をＸ方向に移動し、載置部３を格納部１の外部から内部へ移動する。すなわち、図５Ｂから図５Ｃへ移行する。

【0048】

ステップＳ６では、試料ホルダ１００が格納状態となる。なお、ステップＳ１～Ｓ６において、移動機構４の駆動および回転機構５の駆動は、制御部Ｃ１によって行われてもよいし、オペレータによって行われてもよい。

【0049】

従来では、ホルダ軸２の回転状態を知るために、エンコーダの読取り値などから評価する方法が一般的に行われていた。それ故、評価値の校正が必要であった。

【0050】

これらの方法では、電気系のトラブルまたは校正ミスなどが生じた場合、ホルダ軸２の回転状態の把握が困難になる。

【0051】

実施の形態１では、突出部６およびガイド部７を用いることで、ホルダ軸２の回転状態が特定の回転状態である場合にのみ、ホルダ軸２のＸ方向への移動が可能となる。従って、開放状態と格納状態との切り替えを容易に行うことができる。

【0052】

＜載置部３と、試料ＳＡＭの載置とについて＞
図７～図９は、載置部３の詳細な構造を示している。図９は、図７および図８のＢ－Ｂ線に沿った断面図である。

【0053】

載置部３は、Ｙ方向における幅がＸ方向における幅およびＺ方向における幅よりも小さい平板形状を成している。また、載置部３は、回転軸部材９の回転に応じて、第２回転方向に回転可能である。

【0054】

載置部３は、試料ＳＡＭを載置するための第１面（載置面）３ａと、第１面３ａと反対側の第２面３ｂとを有する。第２面３ｂには、第２面３ｂ側から第１面３ａ側へ向かって凹形状を成す溝３ｃが設けられ、Ｘ方向で溝３ｃから離れた位置に溝３ｄが設けられている。溝３ｄは、第２面３ｂに対して一定の角度で傾斜し、溝３ｃに近づくに連れて、その深さが断続的に深くなるような形状を成している。言い換えれば、溝３ｄは、溝３ｃに近づくに連れて、第１面３ａと第２面３ｂとの間の厚さが断続的に薄くなるような形状を成している。溝３ｃは、主に弾性部材１３のガイドとして利用でき、溝３ｄは、主にメッシュ押さえ２０の装着部２２を装着する際に利用できる。

【0055】

図１０は、メッシュ３０を載置部３に載置するためのメッシュ押さえ２０を示している。図１１および図１２は、試料ＳＡＭを搭載するメッシュ３０を、メッシュ押さえ２０を用いて載置部３に載置した様子を示している。なお、図１２は、図１１のＢ－Ｂ線に沿った断面図である。

【0056】

図１０～図１２に示されるように、メッシュ押さえ２０は、平板形状の挟込部２１と、釣針形状を成す装着部２２と、挟込部２１から曲げられた着脱部２３とを有する。なお、挟込部２１、装着部２２および着脱部２３は、一体化した部材であり、弾性部材からなる。装着部２２の釣針の先端は、第２面３ｂに対して一定の角度で傾斜するような構造となっており、溝３ｄと同程度の傾斜角度を成している。

【0057】

図１１に示されるように、メッシュ３０は、試料ＳＡＭを搭載可能であり、例えば直径３ｍｍ程度のハーフメッシュであり、１つ以上のマイクロピラー３１を有している。試料ＳＡＭは、試料作製装置４００などで作製され、デポジションによってマイクロピラー３１に取り付けられている。

【0058】

メッシュ３０を載置部３に載置する場合、釣針形状の装着部２２を溝３ｄに嵌め合わせながら、第１面３ａと挟込部２１との間にメッシュ３０を挿入できる。まず、装着部２２の先端を溝３ｄに嵌め合わせることで、メッシュ押さえ２０が載置部３に固定される。次に、オペレータが冶具または道具を用いて着脱部２３を掴み、着脱部２３を第１面３ａから離れるように移動させると、第１面３ａと挟込部２１との間に隙間が発生する。次に、その隙間にメッシュ３０を挿入する。その後、オペレータが着脱部２３を第１面３ａに近づけるように移動させる、または、オペレータが着脱部２３を離すと、メッシュ３０が挟込部２１に押さえ付けられる。なお、メッシュ３０を取り出す際にも、オペレータが着脱部２３を掴み上げることで、第１面３ａと挟込部２１との間からメッシュ３０を取り出せる。

【0059】

このようなメッシュ押さえ２０によれば、ネジを使用せずメッシュ３０を押さえる構造が実現できるので、メッシュ押さえ２０および載置部３の各々の構造を小さくできる。また、オペレータが着脱部２３を掴み上げる動作を行うだけで、メッシュ３０の交換を迅速に短時間で行うことができる。

【0060】

＜伝達部材１２および弾性部材１３について＞
図１３Ａ～図１３Ｃを用いて、伝達部材１２および弾性部材１３の各々の役割と、載置部３の第２回転方向への回転動作とについて説明する。なお、図１３Ａの状態は、図５Ｂの状態に対応し、図１３Ｂまたは図１３Ｃの状態は、図５Ａの状態に対応している。

【0061】

図２および図３で説明したように、ホルダ軸２の先端には、載置部３を伝達部材１２に押し当てるように、弾性部材１３が設けられている。また、伝達部材１２は、ホルダ軸２の先端に固定された接続部１２ａ、および、接続部１２ａから載置部３へ向かってＸ方向に延在する伝達部１２ｂを有する。なお、Ｘ方向と垂直な断面視において、伝達部１２ｂは、円形状を成している。

【0062】

図１３Ａに示されるように、伝達部１２ｂは、載置部３の第１面３ａに接触し、弾性部材１３は、溝３ｃの内部において、載置部３を伝達部材１２（伝達部１２ｂ）に押し当てている。溝３ｃが弾性部材１３のガイドの役割を担うので、弾性部材１３が載置部３から外れる恐れを防止できる。

【0063】

また、「Ｃ－Ｃ断面」に示されるように、第１方向（Ｘ方向）と垂直な断面視において、伝達部１２ｂの中心は、ホルダ軸２の中心からずれている。それ故、ホルダ軸２が第１回転方向に回転すると、伝達部１２ｂは、ホルダ軸２の中心を回転軸として、ホルダ軸２の周りを大きな軌道を描きながら第１回転方向に移動する。

【0064】

すなわち、図１３Ｂおよび図１３Ｃに示されるように、回転機構５によってホルダ軸２が回転する際に、第１面３ａと伝達部１２ｂとの接触位置が、第１回転方向に沿って変化する。このような伝達部１２ｂの移動によって、載置部３は、伝達部１２ｂに押され、回転軸部材９と共に第２回転方向に回転する。また、載置部３は、弾性部材１３によって常に反力を与えられ、常に伝達部材１２に押し当てられる。言い換えれば、載置部３は、上記反力によって伝達部１２ｂの移動に追従する。

【0065】

このように、伝達部材１２および弾性部材１３によって、ホルダ軸２の第１回転方向への回転と、載置部３の第２回転方向への回転とを同期させることができる。また、これらを用いた構造は、原理的にバックラッシの無い回転動作であり、歯車構造を用いた回転機構よりも位置精度などの点で優れている。

【0066】

また、弾性部材１３の実装には、載置部の第２面３ｂ側のみが使用されるので、省スペースな回転機構が実現できる。ホルダ軸２以外の部材に弾性部材１３を取り付けることも考えられる。例えば、支持部８に弾性部材１３を取り付ける場合、ネジ等を取り付けるための部材の厚みが影響する。それ故、載置部３とその周囲の各部材とを薄肉化するためには、ホルダ軸２に弾性部材１３を取り付けることが望ましい。

【0067】

なお、弾性部材１３と伝達部１２ｂとの位置関係によって、反力が変化するので、反力の変化を緩和する目的で、溝３ｃに溝３ｄのような傾斜を設けてもよい。また、伝達部１２ｂの断面を円形状から楕円形状に変えてもよい。また、弾性部材１３の形状を変えてもよい。

【0068】

ところで、第１方向（Ｘ方向）と垂直な断面視において、格納部１の開口部１４と、ハッチカバー１０とは、それぞれ第３方向（Ｚ方向）を長軸とした長円形状または楕円形状を成している。試料ホルダ１００では、Ｙ方向の幅が相対的に薄い平板形状の載置部３を採用し、メッシュ押さえ２０およびメッシュ３０などを用いて、第１面３ａに試料ＳＡＭを載置している。開口部１４がＺ方向を長軸とした長円形状などであることで、そのような平板形状に対応できる。

【0069】

そして、格納状態では、開口部１４に設けられた封止部材１５と、ハッチカバー１０とが密着する。これにより、格納部１の内部の気密性を保つことができる。なお、封止部材１５は、開口部１４の形状に合わせて、長円形状または楕円形状のＯリングなどによって構成されている。

【0070】

ここで、図１３Ｂおよび図１３Ｃに示されるように、載置部３が回転した際に、Ｙ方向において、載置部３が支持部８からはみ出し、格納部１の開口部１４の内部に収まらなくなる場合がある。載置部３が回転したままの状態で、図４のような格納状態に移行すると、載置部３が格納部１と干渉してしまう。すなわち、図１１のように、載置部３に試料ＳＡＭが載置されている場合、試料ＳＡＭが損傷する恐れがある。

【0071】

従って、格納状態に移行する際には、図５Ｂのように、ホルダ軸２を特定の回転状態にする。突出部６が貫通孔７ｂの内部をＸ方向に沿って移動する際に、図１３Ａのように、第１面３ａが、Ｘ方向およびＹ方向によって構成される面と平行になる。それ故、載置部３が格納部１と干渉するという不具合を解消できる。

【0072】

一方で、開放状態では、図５Ａのように、ホルダ軸２は第１回転方向に回転でき、図１３Ｂおよび図１３Ｃのように、載置部３は第２回転方向に回転できる。それ故、例えば試料作製装置４００で試料ＳＡＭにイオンビームを照射する際、または、試料観察装置５００で試料ＳＡＭに電子ビームを照射する際に、試料ＳＡＭを傾斜させることが可能となる。

【0073】

＜試料作製装置４００＞
図１４は、実施の形態１における試料作製装置４００を示す模式図である。試料作製装置４００は、例えばＦＩＢ装置のような荷電粒子線装置によって構成される。

【0074】

試料作製装置４００は、試料室４０、イオン源４１、照射レンズ４２、絞り４３、走査電極４４、対物レンズ４５、二次電子検出器４６、デポジション銃４７、マイクロプローブ４８およびコントローラＣ２を備える。試料ホルダ１００は、試料室４０の内部に挿入可能である。載置部３は、メッシュ３０などを用いることで、加工された試料ＳＡＭを載置可能である。

【0075】

コントローラＣ２は、イオン源４１、照射レンズ４２、絞り４３、走査電極４４、対物レンズ４５、二次電子検出器４６、デポジション銃４７およびマイクロプローブ４８に電気的に接続され、これらの動作を制御する。また、コントローラＣ２は、試料観察装置５００のコントローラＣ３にも電気的に接続され、コントローラＣ３と情報の通信を行える。

【0076】

試料ホルダ１００の各動作を制御する制御部Ｃ１は、試料作製装置４００の一部として、コントローラＣ２に電気的に接続されている。すなわち、格納システム２００は、試料作製装置４００に含まれている。試料ホルダ１００は、制御部Ｃ１を介してコントローラＣ２から指示を与えられ、試料ホルダ１００の各動作は、コントローラＣ２によって制御される。

【0077】

コントローラＣ２からの指示によって、載置部３を第２回転方向に回転できるので、載置部３に載置された試料ＳＡＭは、イオンビームＩＢの光軸上で傾斜角度を変えることが可能となる。従って、様々な角度から試料ＳＡＭの加工を行うことが可能である。

【0078】

入力デバイス７０およびディスプレイ７１は、試料作製装置４００または試料観察装置５００の各々の内部または外部に設けられている。入力デバイス７０は、例えば、解析対象の情報の入力、イオンビームＩＢおよび電子ビームＥＢ１の照射条件の変更などの指示を、オペレータが入力するためのデバイスである。入力デバイス７０は、例えばキーボードまたはマウスなどである。ディスプレイ７１は、試料作製装置４００および試料観察装置５００の各構成を制御するための画面である。入力デバイス７０によって各種指示が入力された場合、上記指示がコントローラＣ２またはコントローラＣ３に送信される。

【0079】

イオン源４１は、イオンビームＩＢを照射可能である。イオン源４１から放出されたイオンビームＩＢは、照射レンズ４２および絞り４３により収束され、対物レンズ４５を通過し、試料ＳＡＭ上に収束する。対物レンズ４５の上方に位置する走査電極４４は、コントローラＣ２の指示により、試料ＳＡＭに入射するイオンビームＩＢを偏向し走査する。

【0080】

試料ホルダ１００の上方において、試料室４０には、二次電子検出器４６、デポジション銃４７およびマイクロプローブ４８が取り付けられている。

【0081】

イオンビームＩＢが試料ＳＡＭに照射されると、試料ＳＡＭがスパッタされると共に、試料ＳＡＭから二次電子が発生する。発生した二次電子は、二次電子検出器４６により検出される。二次電子検出器４６は、二次電子を検出信号として演算処理し、画像化する回路または演算処理部を備える。

【0082】

デポジション銃４７から試料ＳＡＭへ向かって方向放出されたガスは、イオンビームＩＢと反応し、分解される。そうすると、イオンビームＩＢ照射領域において試料ＳＡＭ上に、金属が膜として堆積する。この堆積膜は、加工前の試料ＳＡＭの表面の保護膜として用いられると共に、微小試料片の試料台への固定に用いられる。また、マイクロプローブ４８を用いることで、加工された試料ＳＡＭを試料ホルダ１００の載置部３へ搬送できる。

【0083】

＜試料観察装置５００＞
図１５は、実施の形態１における試料観察装置５００を示す模式図である。試料観察装置５００は、例えばＴＥＭのような荷電粒子線装置によって構成される。

【0084】

試料観察装置５００は、試料室５０、電子源５１、照射レンズ５２、走査コイル５３、ホルダアダプタ５４、二次電子検出器５５、対物レンズ５６、投影レンズ５７、円環状検出器５８、検出器５９、カメラ６０およびコントローラＣ３を備える。試料ホルダ１００は、ホルダアダプタ５４を利用することで、試料室５０の内部に挿入可能である。

【0085】

コントローラＣ３は、電子源５１、照射レンズ５２、走査コイル５３、ホルダアダプタ５４、二次電子検出器５５、対物レンズ５６、投影レンズ５７、円環状検出器５８、検出器５９およびカメラ６０に電気的に接続され、これらの動作を制御する。

【0086】

試料ホルダ１００の各動作を制御する制御部Ｃ１は、試料観察装置５００の一部として、コントローラＣ３に電気的に接続されている。すなわち、格納システム２００は、試料観察装置５００に含まれている。試料ホルダ１００は、制御部Ｃ１を介してコントローラＣ３から指示を与えられ、試料ホルダ１００の各動作は、コントローラＣ３によって制御される。

【0087】

コントローラＣ３からの指示によって、載置部３を第２回転方向に回転できるので、載置部３に載置された試料ＳＡＭは、電子ビームＥＢ１の光軸上で傾斜角度を変えることが可能となる。従って、様々な角度から試料ＳＡＭの観察を行うことが可能である。

【0088】

電子源５１は、電子ビームＥＢ１を照射可能である。照射レンズ５２と対物レンズ５６の間には走査コイル５３が設けられ、走査コイル５３の下方に試料ＳＡＭが挿入される。試料ＳＡＭの上方であり、走査コイル５３の下方には、二次電子検出器５５が設けられている。二次電子検出器５５は、二次電子を検出信号として演算処理し、画像化する回路または演算処理部を備える。

【0089】

電子源５１から放出された電子ビームＥＢ１は、照射レンズ５２により試料ＳＡＭ上でスポット収束され、走査コイル５３によって試料ＳＡＭ上を走査する。二次電子検出器５５は、電子ビームＥＢ１の照射によって試料ＳＡＭから発生する二次電子を検出し、二次電子像を生成できる。このような二次電子像は、ディスプレイ７１で確認できる。

【0090】

投影レンズ５７の下方には、ＳＴＥＭ暗視野像観察用の円環状検出器５８が配置されている。円環状検出器５８の下方には、電子ビーム軸からの出し入れが可能な検出器５９（ＳＴＥＭ明視野像観察用の検出器）が備えられている。検出器５９の下方には、透過像観察用のカメラ６０が配置されている。

【0091】

照射レンズ５２の条件を変えることによって、試料ＳＡＭ上に、ある広がりを持った電子ビームＥＢ１が照射され、試料ＳＡＭを透過した透過電子ＥＢ２は対物レンズ５６によって結像され、その像は、投影レンズ５７により拡大され、カメラ６０に表示される。検出器５９は、透過電子ＥＢ２を検出して、明視野透過電子像を生成できる。円環状検出器５８は、電子ビームＥＢ１の照射によって試料ＳＡＭから散乱した電子（弾性散乱電子）を検出して、暗視野透過電子像を生成できる。

【0092】

電子ビームＥＢ１の光軸上で試料ＳＡＭの傾斜角度を変えることで、様々な角度から試料ＳＡＭの観察を行うことができ、二次電子像、走査透過像および透過電子像を観察することができる。また、これらは、画像データとしてコントローラＣ３に保存される。

【0093】

図１６は、試料作製装置４００において試料ＳＡＭにイオンビームＩＢが照射される様子を示し、図１７は、試料観察装置５００において試料ＳＡＭに電子ビームＥＢ１が照射される様子を示している。図１７では、試料ＳＡＭを透過させた透過電子ＥＢ２を用いるために、試料ホルダ１００の向きを図１６と垂直な方向にして、観察を行っている。

【0094】

＜試料作製手段および試料観察手段＞
以下に図１８を用いて、試料作製装置４００が備える試料作製手段と、試料観察装置５００が備える試料観察手段とについて説明する。図１８に示されるステップＳ１１～Ｓ１６が試料作製手段に対応し、図１８に示されるステップＳ１７～Ｓ１９が試料観察手段に対応する。

【0095】

ステップＳ１１では、試料ＳＡＭを試料作製装置４００の試料室４０の内部に準備する。試料ＳＡＭは、大気中において、大気成分と反応または劣化する物質でもよい。また、予め真空状態にされた空間に試料ＳＡＭを用意し、構造の劣化を防いでもよい。

【0096】

ステップＳ１２では、開放状態で、試料ホルダ１００を試料室４０の内部に挿入する。試料ホルダ１００を開放状態にする方法は、図６のステップＳ１～Ｓ３と同様である。なお、試料ホルダ１００を試料作製装置４００に挿入する前に開放状態にすると、格納部１の内部の気密状態が開放されるが、格納部１の内部の空気は、試料作製装置４００の排気システムによって排気できる。

【0097】

ステップＳ１３では、まず、試料室４０の内部を高真空状態とする。イオンビームＩＢを試料ＳＡＭに対して照射し、試料ＳＡＭの一部を加工する。次に、デポジション銃４７およびマイクロプローブ４８を使用して、試料ＳＡＭを載置部３に載置する。ここでは、メッシュ３０を利用して、試料ＳＡＭを、載置部３に載置されたメッシュ３０上のマイクロピラー３１上に取り付ける。ここで、試料ＳＡＭをマイクロピラー３１に取付ける代わりに、試料ＳＡＭをメッシュ３０または載置部３に直接載置してもよい。

【0098】

ステップＳ１４では、イオンビームＩＢを試料ＳＡＭに対して照射し、試料ＳＡＭの一部を更に加工する。この際、載置部３または試料ホルダ１００の少なくとも一方を回転させることで、載置部３とイオンビームＩＢの角度を調節し、試料ＳＡＭを様々な方向から加工できる。

【0099】

ステップＳ１５では、載置部３を格納部１の内部に格納する。試料ホルダ１００を格納状態にする方法は、図６のステップＳ４～Ｓ６と同様である。格納状態では、ハッチカバー１０と封止部材１５とが接触し、格納部１が密閉されるので、格納部１の内部は、試料室４０の内部と同様の高真空状態に保たれる。

【0100】

ステップＳ１６では、試料ホルダ１００を試料室４０から取り出し、試料観察装置５００へ搬送する。この際、試料ホルダ１００は格納状態であるので、試料ホルダ１００が大気中に取り出されても、格納部１の内部は高真空状態に保たれている。

【0101】

ステップＳ１７では、試料ホルダ１００を試料室５０の内部に挿入する。この際、試料ホルダ１００は、格納状態になっており、試料作製装置４００において加工された試料ＳＡＭが載置部３に載置され、且つ、載置部３が格納部１の内部に格納された状態になっている。また、試料室５０の内部は、予め高真空状態になっている。

【0102】

ステップＳ１８では、ホルダ軸２をＸ方向に移動し、載置部３を格納部１の外部へ移動する。すなわち、試料ホルダ１００を開放状態にする。試料ホルダ１００を開放状態にする方法は、図６のステップＳ１～Ｓ３と同様である。

【0103】

ステップＳ１９では、電子ビームＥＢ１を試料ＳＡＭに対して照射し、試料ＳＡＭの観察を行う。これにより、二次電子像、走査透過像および透過電子像を観察することができ、これらの画像データを取得できる。

【0104】

従来では、大気下で劣化する試料に対しては、グローブボックス内において、目的に合わせた試料ホルダへの試料の搬送が必要であった。それ故、作業の煩雑さおよび低効率が問題であった。また、単一の試料ホルダによって上述の試料作製手段および試料観察手段を実施しようとする場合、試料ＳＡＭを載置する箇所が、ポールピースギャップ方向において薄い平板形状である必要がある。また、試料ホルダ１００の開放状態と格納状態との切り替えにおいて、載置部３が格納部１と干渉する恐れを抑制する必要がある。

【0105】

実施の形態１の試料ホルダ１００は、平板形状に対応でき、ホルダ軸２が特定の回転状態である場合のみ、開放状態と格納状態との切り替えを行うことができる。従って、試料作製手段および試料観察手段を効率良く、且つ、確実に実施することができる。このように、実施の形態１によれば、試料作製装置４００と、試料観察装置５００とで共用できるような、汎用性の高い試料ホルダ１００を提供できる。

【0106】

（変形例）
以下に図１９～図２１を用いて、実施の形態１の変形例について説明する。なお、以下では、実施の形態１との相違点を主に説明し、実施の形態１と重複する点については説明を省略する。

【0107】

図１９に示されるように、変形例の試料ホルダ１００および格納システム２００は、図１と比較して、センサ１１ａおよび読み取り操作機構１１ｂを更に備えている。センサ１１ａは、ホルダ軸２に取り付けられ、ガイド部７および突出部６の近傍に位置し、突出部６の位置を検出するために設けられている。すなわち、センサ１１ａは、第１回転方向における突出部６の位置の変更を検出できる。

【0108】

読み取り操作機構１１ｂは、開放状態と格納状態との切り替えを自動的に行うための機構であり、例えばボタンである。制御部Ｃ１は、センサ１１ａおよび読み取り操作機構１１ｂに電気的に接続され、センサ１１ａによって検出された突出部６の位置から、ホルダ軸２の回転状態を算出できる。

【0109】

オペレータが読み取り操作機構１１ｂを駆動する（ボタンを押す）ことで、制御部Ｃ１は、センサ１１ａに指示を出し、センサ１１ａによって突出部６の位置を検出させる。次に、制御部Ｃ１は、突出部６の位置からホルダ軸２の回転状態を算出する。次に、制御部Ｃ１は、回転機構５に指示を出し、突出部６が貫通孔７ｂの内部を移動できる状態になるように（ホルダ軸２の回転状態が特定の回転状態になるように）、回転機構５によってホルダ軸２を回転させる。その後、制御部Ｃ１は、移動機構４へ指示を出し、移動機構４によってホルダ軸２をＸ方向へ移動させる。このように、開放状態と格納状態との切り替えを自動的に行うことができる。

【0110】

なお、ガイド部７はホルダ軸２の回転に影響されないので、突出部６が貫通孔７ｂの内部を移動できる位置は、予め分かっている。すなわち、突出部６の位置をどの位置にすれば、ホルダ軸２が特定の回転状態になるのかという情報は、制御部Ｃ１に予め保存されている。

【0111】

また、オペレータによる読み取り操作機構１１ｂの駆動に代えて、制御部Ｃ１が読み取り操作機構１１ｂの駆動を担ってもよい。例えば、格納システム２００が試料作製装置４００または試料観察装置５００に含まれている場合、ディスプレイ７１上に読み取り操作機構１１ｂに相当するＧＵＩなどを表示させ、それをオペレータが操作してもよい。その場合、コントローラＣ２またはコントローラＣ３が、制御部Ｃ１を介してセンサ１１ａに指示を出し、センサ１１ａによって突出部６の位置を検出させる。

【0112】

図２０および図２１は、センサ１１ａおよび読み取り操作機構１１ｂを用いて行われるフローチャートであり、開放状態と格納状態との切り替えを示すフローチャートである。図２０に示されるステップＳ２１～Ｓ２５は、格納状態から開放状態へ切り替える場合のフローチャートである。図２１に示されるステップＳ２６～Ｓ３０は、開放状態から格納状態へ切り替える場合のフローチャートである。

【0113】

ステップＳ２１では、格納状態の試料ホルダ１００を、制御部Ｃ１に電気的に接続する。これにより、制御部Ｃ１による移動機構４、回転機構５、センサ１１ａおよび読み取り操作機構１１ｂの制御が可能になる。

【0114】

ステップＳ２２では、読み取り操作機構１１ｂの操作または制御部Ｃ１によって、センサ１１ａに開放指令を出力する。

【0115】

ステップＳ２３では、センサ１１ａによって突出部６の位置を検出する。次に、制御部Ｃ１で突出部６の位置からホルダ軸２の回転状態を算出する。ホルダ軸２の回転状態が特定の回転状態でない場合、回転機構５を駆動し、ホルダ軸２の回転状態が特定の回転状態になるように、ホルダ軸２を回転する。ここで、ホルダ軸２の回転状態が制御された後、再度、センサ１１ａからの信号を制御部Ｃ１で読み取り、突出部６の位置を確認してもよい。

【0116】

ステップＳ２４では、ホルダ軸２の回転状態が特定の回転状態であると確認された場合、移動機構４を駆動し、ホルダ軸２をＸ方向に移動し、載置部３を格納部１の内部から外部へ移動する。この移動は、突出部６が貫通孔７ａと貫通孔７ｂとの連通箇所に到達するまで行われる。すなわち、図５Ｃから図５Ｂへ移行する。

【0117】

ステップＳ２５では、試料ホルダ１００が開放状態になる。図５Ｂの状態から、回転機構５を駆動することで、図５Ａのように、ホルダ軸２を第１回転方向に回転できる。

【0118】

ステップＳ２６では、開放状態の試料ホルダ１００を、制御部Ｃ１に電気的に接続する。これにより、制御部Ｃ１による移動機構４、回転機構５、センサ１１ａおよび読み取り操作機構１１ｂの制御が可能になる。

【0119】

ステップＳ２７では、読み取り操作機構１１ｂの操作または制御部Ｃ１によって、センサ１１ａに格納指令を出力する。

【0120】

ステップＳ２８では、センサ１１ａによって突出部６の位置を検出する。次に、制御部Ｃ１で突出部６の位置からホルダ軸２の回転状態を算出する。ホルダ軸２の回転状態が特定の回転状態でない場合、回転機構５を駆動し、ホルダ軸２の回転状態が特定の回転状態になるように、ホルダ軸２を回転する。ここで、ホルダ軸２の回転状態が制御された後、再度、センサ１１ａからの信号を制御部Ｃ１で読み取り、突出部６の位置を確認してもよい。

【0121】

ステップＳ２９では、ホルダ軸２の回転状態が特定の回転状態であると確認された場合、移動機構４を駆動し、ホルダ軸２をＸ方向に移動し、載置部３を格納部１の外部から内部へ移動する。すなわち、図５Ｂから図５Ｃへ移行する。

【0122】

ステップＳ３０では、試料ホルダ１００が格納状態となる。

【0123】

以上のように、センサ１１ａおよび読み取り操作機構１１ｂを用いることで、開放状態と格納状態との切り替えを自動的に行うことができる。

【0124】

（実施の形態２）
以下に図２２Ａ～図２２Ｃを用いて、実施の形態２について説明する。なお、以下では、実施の形態１との相違点を主に説明し、実施の形態１と重複する点については説明を省略する。

【0125】

実施の形態１では、突出部６がホルダ軸２に固定され、貫通孔７ａおよび貫通孔７ｂがガイド部７に設けられていた。実施の形態２では、図２２Ａ～図２２Ｃに示されるように、凹部２ａおよび凹部２ｂがホルダ軸２に設けられ、突出部６は、ホルダ軸２と離間した位置に設けられ、ガイド部７に固定されている。また、突出部６は、ホルダ軸２の延在方向（第１方向）と交差する方向（第２方向）に延在している。凹部２ａは、凹部２ｂに連通し、第１回転方向における凹部２ａの幅は、第１回転方向における凹部２ｂの幅よりも大きくなっている。

【0126】

実施の形態２では、ガイド部７の位置だけでなく突出部６の位置も、ホルダ軸２の回転および移動に応じて変更されない。一方で、凹部２ａの位置および凹部２ｂの位置は、ホルダ軸２の回転および移動に応じて変更される。

【0127】

図２２Ａは、開放状態におけるホルダ軸２および突出部６の様子を示している。回転機構５によってホルダ軸２が回転する際に、ホルダ軸２は、突出部６が凹部２ａの内部に嵌め込まれた状態で、第１回転方向に沿って回転できる。一方で、ホルダ軸２は、Ｘ方向に移動できない。

【0128】

図２２Ｂは、開放状態と格納状態との切り替え時におけるホルダ軸２および突出部６の様子を示している。凹部２ａの内部において、突出部６が凹部２ａと凹部２ｂとの連通箇所に位置している場合、ホルダ軸２は、Ｘ方向に沿って移動できるようになる。また、図２２Ｃの格納状態からホルダ軸２をＸ方向に沿って連通箇所まで移動させた後、ホルダ軸２は、第１回転方向に沿って回転できるようになる。

【0129】

図２２Ｃは、格納状態におけるホルダ軸２および突出部６の様子を示している。移動機構４によってホルダ軸２が移動する際に、ホルダ軸２は、突出部６が凹部２ｂの内部に嵌め込まれた状態で、Ｘ方向に沿って移動できる。一方で、ホルダ軸２は、第１回転方向に回転できない。

【0130】

このような試料ホルダ１００であっても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

【0131】

なお、ここでは突出部６がガイド部７に固定されている場合を例示したが、突出部６は、その位置がホルダ軸２の回転および移動に応じて変更されないように固定されていればよく、他の部材に突出部６を取り付けることもできる。

【0132】

また、上述の変形例のようなセンサ１１ａを実施の形態２に適用する場合、センサ１１ａは、突出部６の近傍に位置し、第１凹部と第２凹部との連通箇所を検出するために設けられる。すなわち、センサ１１ａは、第１回転方向における連通箇所の位置の変更を検出できる。そして、センサ１１ａによって検出された連通箇所の位置から、ホルダ軸２の回転状態を算出することができる。

【0133】

以上、上記実施の形態に基づいて本発明を具体的に説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

【符号の説明】

【0134】

１ 格納部
２ ホルダ軸
２ａ、２ｂ 凹部
３ 載置部
３ａ 第１面（載置面）
３ｂ 第２面
３ｃ 溝
３ｄ 溝
４ 移動機構
５ 回転機構
６ 突出部
７ ガイド部
７ａ、７ｂ 貫通孔
８ 支持部
９ 回転軸部材
１０ ハッチカバー
１１ａ センサ
１１ｂ 読み取り操作機構
１２ 伝達部材（カム）
１２ａ 接続部
１２ｂ 伝達部
１３ 弾性部材
１４ 開口部
１５ 封止部材
２０ メッシュ押さえ
２１ 挟込部
２２ 装着部
２３ 着脱部
３０ メッシュ
３１ マイクロピラー
４０ 試料室
４１ イオン源
４２ 照射レンズ
４３ 絞り
４４ 走査電極
４５ 対物レンズ
４６ 二次電子検出器
４７ デポジション銃
４８ マイクロプローブ
５０ 試料室
５１ 電子源
５２ 照射レンズ
５３ 走査コイル
５４ ホルダアダプタ
５５ 二次電子検出器
５６ 対物レンズ
５７ 投影レンズ
５８ 円環状検出器
５９ 検出器
６０ カメラ
７０ 入力デバイス
７１ ディスプレイ
１００ 試料ホルダ
２００ 格納システム
３００ 解析システム
４００ 試料作製装置
５００ 試料観察装置
Ｃ１ 制御部
Ｃ２ コントローラ
Ｃ３ コントローラ
ＥＢ１ 電子ビーム
ＥＢ２ 透過電子
ＩＢ イオンビーム
ＳＡＭ 試料

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13A】

【図13B】

【図13C】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22A】

【図22B】

【図22C】