特許 7646035 荷電粒子線装置

(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】

(24)【登録日】2025-03-06

(45)【発行日】2025-03-14

(54)【発明の名称】荷電粒子線装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/20 20060101AFI20250307BHJP

【ＦＩ】

H01J37/20 A

H01J37/20 C

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2023570565

(86)(22)【出願日】2021-12-28

(86)【国際出願番号】 JP2021048759

(87)【国際公開番号】W WO2023127083

(87)【国際公開日】2023-07-06

【審査請求日】2024-04-15

(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】110002572

【氏名又は名称】弁理士法人平木国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】榎本 裕久

(72)【発明者】

【氏名】西中 健一

【審査官】大門 清

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－２２００５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平７－２６２９５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５０－１４２６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６１－１１６０６２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開昭５３－１１３０５７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】中国実用新案第２０４５５８４１５（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ３７／２０

Ｈ０１Ｌ ２１／６７－６８

Ｇ０１Ｎ ２３／２００２５

Ｇ０１Ｎ ２３／２２０４

Ｇ０１Ｑ ３０／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

‐駆動力を発生させる傾斜機構駆動部と、
‐前記駆動力を伝達する傾斜駆動力伝達部と、
‐傾斜動作を行う傾斜機構部と、
を備える、荷電粒子線装置であって、
前記傾斜機構部は、
‐前記傾斜駆動力伝達部からの荷重を伝達する、第１荷重伝達部および第２荷重伝達部と、
‐荷重により弾性変形する、第１変形部、第２変形部、第３変形部および第４変形部と、
‐試料を保持し、傾斜可能な試料保持部と、
を備え、
前記第２荷重伝達部には、前記第１変形部、前記第２変形部および前記第３変形部が取り付けられ、
前記第３変形部は、
‐前記第１変形部および前記第４変形部より上方にあり、
‐前記第２変形部より下方にあり、
‐前記第１変形部より前方にあり、
‐前記第４変形部より後方にあり、
前記第１荷重伝達部は、前記傾斜駆動力伝達部からの荷重により荷重方向に移動し、前記第１変形部に荷重を伝え、
前記第２荷重伝達部は、前記第１変形部の変形によって発生したトルクにより、前記第２変形部を支点に回転して前記第３変形部に荷重を伝え、
前記試料保持部は、前記第３変形部の変形によって発生したトルクにより、前記第４変形部を支点に、前記第２荷重伝達部とは逆方向に回転する、
荷電粒子線装置。

【請求項2】

前記荷電粒子線装置は、挿入部を有する試料ステージを備え、
前記挿入部は、前記傾斜機構部を前記荷電粒子線装置の内部へ挿入するよう動作する、
請求項１に記載の荷電粒子線装置。

【請求項3】

前記荷電粒子線装置は、前記傾斜機構部を制御する制御信号を送信する制御部を備える、請求項１に記載の荷電粒子線装置。

【請求項4】

前記第２荷重伝達部は三角形状であり、前記第１変形部、前記第２変形部および前記第３変形部はそれぞれ前記第２荷重伝達部の異なる頂点に取り付けられる、請求項１に記載の荷電粒子線装置。

【請求項5】

前記荷電粒子線装置は、前記傾斜駆動力伝達部の移動をガイドするガイド部を備える、請求項１に記載の荷電粒子線装置。

【請求項6】

前記ガイド部は中空筒状であり、前記ガイド部の中空部に前記傾斜駆動力伝達部が挿通される、請求項５に記載の荷電粒子線装置。

【請求項7】

前記第１変形部は、前記第１荷重伝達部および前記第２荷重伝達部に接続される、請求項１に記載の荷電粒子線装置。

【請求項8】

前記第２変形部は、前記ガイド部および前記第２荷重伝達部に接続される、請求項５に記載の荷電粒子線装置。

【請求項9】

前記第３変形部は、前記第２荷重伝達部および前記試料保持部に接続される、請求項１に記載の荷電粒子線装置。

【請求項10】

前記第４変形部は、前記ガイド部および前記試料保持部に接続される、請求項５に記載の荷電粒子線装置。

【請求項11】

‐駆動力を発生させる傾斜機構駆動部と、
‐前記駆動力を伝達する傾斜駆動力伝達部と、
‐傾斜動作を行う傾斜機構部と、
を備える、試料ホルダであって、
前記傾斜機構部は、
‐前記傾斜駆動力伝達部からの荷重を伝達する、第１荷重伝達部および第２荷重伝達部と、
‐荷重により弾性変形する、第１変形部、第２変形部、第３変形部および第４変形部と、
‐試料を保持し、傾斜可能な試料保持部と、
を備え、
前記第２荷重伝達部には、前記第１変形部、前記第２変形部および前記第３変形部が取り付けられ、
前記第３変形部は、
‐前記第１変形部および前記第４変形部より上方にあり、
‐前記第２変形部より下方にあり、
‐前記第１変形部より前方にあり、
‐前記第４変形部より後方にあり、
前記第１荷重伝達部は、前記傾斜駆動力伝達部からの荷重により荷重方向に移動し、前記第１変形部に荷重を伝え、
前記第２荷重伝達部は、前記第１変形部の変形によって発生したトルクにより、前記第２変形部を支点に回転して前記第３変形部に荷重を伝え、
前記試料保持部は、前記第３変形部の変形によって発生したトルクにより、前記第４変形部を支点に、前記第２荷重伝達部とは逆方向に回転する、
試料ホルダ。

【請求項12】

試料ホルダおよび試料ステージを備える試料挿入構造であって、
前記試料ホルダは、
‐駆動力を発生させる傾斜機構駆動部と、
‐前記駆動力を伝達する傾斜駆動力伝達部と、
‐傾斜動作を行う傾斜機構部と、
を備え、
前記試料ホルダは、前記試料ステージに挿入できるようになっており、
前記傾斜機構部は、
‐前記傾斜駆動力伝達部からの荷重を伝達する、第１荷重伝達部および第２荷重伝達部と、
‐荷重により弾性変形する、第１変形部、第２変形部、第３変形部および第４変形部と、
‐試料を保持し、傾斜可能な試料保持部と、
を備え、
前記第２荷重伝達部には、前記第１変形部、前記第２変形部および前記第３変形部が取り付けられ、
前記第３変形部は、
‐前記第１変形部および前記第４変形部より上方にあり、
‐前記第２変形部より下方にあり、
‐前記第１変形部より前方にあり、
‐前記第４変形部より後方にあり、
前記第１荷重伝達部は、前記傾斜駆動力伝達部からの荷重により荷重方向に移動し、前記第１変形部に荷重を伝え、
前記第２荷重伝達部は、前記第１変形部の変形によって発生したトルクにより、前記第２変形部を支点に回転して前記第３変形部に荷重を伝え、
前記試料保持部は、前記第３変形部の変形によって発生したトルクにより、前記第４変形部を支点に、前記第２荷重伝達部とは逆方向に回転する、
試料挿入構造。

【請求項13】

試料ホルダを用いて試料の位置を制御する方法であって、
前記試料ホルダは、
‐駆動力を発生させる傾斜機構駆動部と、
‐前記駆動力を伝達する傾斜駆動力伝達部と、
‐傾斜動作を行う傾斜機構部と、
を備え、
前記傾斜機構部は、
‐前記傾斜駆動力伝達部からの荷重を伝達する、第１荷重伝達部および第２荷重伝達部と、
‐荷重により弾性変形する、第１変形部、第２変形部、第３変形部および第４変形部と、
‐試料を保持し、傾斜可能な試料保持部と、
を備え、
前記第２荷重伝達部には、前記第１変形部、前記第２変形部および前記第３変形部が取り付けられ、
前記第３変形部は、
‐前記第１変形部および前記第４変形部より上方にあり、
‐前記第２変形部より下方にあり、
‐前記第１変形部より前方にあり、
‐前記第４変形部より後方にあり、
前記方法は、
前記第１荷重伝達部が、前記傾斜駆動力伝達部からの荷重により荷重方向に移動し、前記第１変形部に荷重を伝えるステップと、
前記第２荷重伝達部が、前記第１変形部の変形によって発生したトルクにより、前記第２変形部を支点に回転して前記第３変形部に荷重を伝えるステップと、
前記試料保持部が、前記第３変形部の変形によって発生したトルクにより、前記第４変形部を支点に、前記第２荷重伝達部とは逆方向に回転するステップと、
を備える、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は荷電粒子線装置に関する。

【背景技術】

【0002】

試料ホルダの挿入方向を前後方向としたときに、観察試料を前後方向に傾斜させる傾斜機構を備えた荷電粒子線装置が特許文献１に記載されている。
この特許文献１には、「ピボット４に設けられた加熱ホルダ側の回転ねじ１６によって、熱膨張を加味した緩い締め付けを行う。ピボット４の締め付け時に、アーム３先端の絶縁体と加熱ステージ１の凹面との接触部の位置を合わせる。導線ワイヤ３４はアーム３に付属している回転ねじ３６を用いて一端を固定する。さらに、もう一端を加熱ステージ１の回転ねじ１７を用いて固定する。アーム３は図に示すようにまんじの片方の字のように屈曲している。アーム３の回転によってピボット４を軸に前後に回転する。」と記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００４－６３４６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来の技術では、試料を傾斜させる機構において、位置決め精度に非線形特性が影響するという課題があった。

【0005】

特許文献１には、加熱ステージに試料を搭載して傾斜する機構を備えた荷電粒子線装置が記載されている。しかしながら、特許文献１に記載された試料の傾斜機構は、２つの異なる部材に相対変位が生じることで回転動作するため、可動する２つの部材間において生じる機構の非線形特性（非線形ゲインや、バックラッシュ、摩擦力）が、位置決め精度を低下させる。

【0006】

本発明の目的は、試料を傾斜させる機構において、回転軸の摺動部（ピボット等）をなくすことにより、位置決め精度に影響する非線形特性がない傾斜動作を可能にする、荷電粒子線装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る荷電粒子線装置の一例は、
‐駆動力を発生させる傾斜機構駆動部と、
‐前記駆動力を伝達する傾斜駆動力伝達部と、
‐傾斜動作を行う傾斜機構部と、
を備える、荷電粒子線装置であって、
前記傾斜機構部は、
‐前記傾斜駆動力伝達部からの荷重を伝達する、第１荷重伝達部および第２荷重伝達部と、
‐荷重により弾性変形する、第１変形部、第２変形部、第３変形部および第４変形部と、
‐試料を保持し、傾斜可能な試料保持部と、
を備え、
前記第２荷重伝達部には、前記第１変形部、前記第２変形部および前記第３変形部が取り付けられ、
前記第３変形部は、
‐前記第１変形部および前記第４変形部より上方にあり、
‐前記第２変形部より下方にあり、
‐前記第１変形部より前方にあり、
‐前記第４変形部より後方にあり、
前記第１荷重伝達部は、前記傾斜駆動力伝達部からの荷重により荷重方向に移動し、前記第１変形部に荷重を伝え、
前記第２荷重伝達部は、前記第１変形部の変形によって発生したトルクにより、前記第２変形部を支点に回転して前記第３変形部に荷重を伝え、
前記試料保持部は、前記第３変形部の変形によって発生したトルクにより、前記第４変形部を支点に、前記第２荷重伝達部とは逆方向に回転する。

【0008】

本発明に係る試料ホルダの一例は、
‐駆動力を発生させる傾斜機構駆動部と、
‐前記駆動力を伝達する傾斜駆動力伝達部と、
‐傾斜動作を行う傾斜機構部と、
を備える、試料ホルダであって、
前記傾斜機構部は、
‐前記傾斜駆動力伝達部からの荷重を伝達する、第１荷重伝達部および第２荷重伝達部と、
‐荷重により弾性変形する、第１変形部、第２変形部、第３変形部および第４変形部と、
‐試料を保持し、傾斜可能な試料保持部と、
を備え、
前記第２荷重伝達部には、前記第１変形部、前記第２変形部および前記第３変形部が取り付けられ、
前記第３変形部は、
‐前記第１変形部および前記第４変形部より上方にあり、
‐前記第２変形部より下方にあり、
‐前記第１変形部より前方にあり、
‐前記第４変形部より後方にあり、
前記第１荷重伝達部は、前記傾斜駆動力伝達部からの荷重により荷重方向に移動し、前記第１変形部に荷重を伝え、
前記第２荷重伝達部は、前記第１変形部の変形によって発生したトルクにより、前記第２変形部を支点に回転して前記第３変形部に荷重を伝え、
前記試料保持部は、前記第３変形部の変形によって発生したトルクにより、前記第４変形部を支点に、前記第２荷重伝達部とは逆方向に回転する。

【0009】

本発明に係る試料挿入構造の一例は、
試料ホルダおよび試料ステージを備える試料挿入構造であって、
前記試料ホルダは、
‐駆動力を発生させる傾斜機構駆動部と、
‐前記駆動力を伝達する傾斜駆動力伝達部と、
‐傾斜動作を行う傾斜機構部と、
を備え、
前記試料ホルダは、前記試料ステージに挿入できるようになっており、
前記傾斜機構部は、
‐前記傾斜駆動力伝達部からの荷重を伝達する、第１荷重伝達部および第２荷重伝達部と、
‐荷重により弾性変形する、第１変形部、第２変形部、第３変形部および第４変形部と、
‐試料を保持し、傾斜可能な試料保持部と、
を備え、
前記第２荷重伝達部には、前記第１変形部、前記第２変形部および前記第３変形部が取り付けられ、
前記第３変形部は、
‐前記第１変形部および前記第４変形部より上方にあり、
‐前記第２変形部より下方にあり、
‐前記第１変形部より前方にあり、
‐前記第４変形部より後方にあり、
前記第１荷重伝達部は、前記傾斜駆動力伝達部からの荷重により荷重方向に移動し、前記第１変形部に荷重を伝え、
前記第２荷重伝達部は、前記第１変形部の変形によって発生したトルクにより、前記第２変形部を支点に回転して前記第３変形部に荷重を伝え、
前記試料保持部は、前記第３変形部の変形によって発生したトルクにより、前記第４変形部を支点に、前記第２荷重伝達部とは逆方向に回転する。

【0010】

本発明に係る、試料ホルダを用いて試料の位置を制御する方法の一例において、
前記試料ホルダは、
‐駆動力を発生させる傾斜機構駆動部と、
‐前記駆動力を伝達する傾斜駆動力伝達部と、
‐傾斜動作を行う傾斜機構部と、
を備え、
前記傾斜機構部は、
‐前記傾斜駆動力伝達部からの荷重を伝達する、第１荷重伝達部および第２荷重伝達部と、
‐荷重により弾性変形する、第１変形部、第２変形部、第３変形部および第４変形部と、
‐試料を保持し、傾斜可能な試料保持部と、
を備え、
前記第２荷重伝達部には、前記第１変形部、前記第２変形部および前記第３変形部が取り付けられ、
前記第３変形部は、
‐前記第１変形部および前記第４変形部より上方にあり、
‐前記第２変形部より下方にあり、
‐前記第１変形部より前方にあり、
‐前記第４変形部より後方にあり、
前記方法は、
前記第１荷重伝達部が、前記傾斜駆動力伝達部からの荷重により荷重方向に移動し、前記第１変形部に荷重を伝えるステップと、
前記第２荷重伝達部が、前記第１変形部の変形によって発生したトルクにより、前記第２変形部を支点に回転して前記第３変形部に荷重を伝えるステップと、
前記試料保持部が、前記第３変形部の変形によって発生したトルクにより、前記第４変形部を支点に、前記第２荷重伝達部とは逆方向に回転するステップと、
を備える。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、傾斜機構は回転軸の摺動部を有しないので、荷電粒子線装置における試料の傾斜動作において非線形特性が低減される。

【0012】

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施例１に係る荷電粒子線装置の試料ホルダ及び試料の傾斜機構部の側面図。

【図2】実施例１に係る荷電粒子線装置の全体構成例を示す概略側面図。

【図3】実施例１に係る試料ステージの概略側面図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、実施例を図面を用いて説明する。
［実施例１］
以下、本発明の実施例１を図１～図３に沿って説明する。

【0015】

図２は、実施例１に係る荷電粒子線装置の全体構成例を示す概略側面図である。実施例１では、荷電粒子線装置のうち、透過型電子顕微鏡を例に説明する。

【0016】

図２の荷電粒子線装置１は、鉛直方向において上から順に、電子銃１０、鏡体１１、架台１７を備える。鏡体１１には、鉛直方向において上から順に、照射系レンズ１２、対物レンズ１３、結像系レンズ１４、検出器１５が内蔵される。

【0017】

鏡体１１の側面の対物レンズ１３と同じ高さに、試料ステージ１６が設置される。荷電粒子線装置１は、試料１０２を載置するための試料ホルダ１００を備える。試料ステージ１６は、試料ホルダ１００を挿入するための挿入部１０１を有し、試料ホルダ１００が試料ステージ１６に挿入できるようになっている。これにより、試料ホルダ１００に設置される試料１０２が、対物レンズ１３内に挿入できる。試料ホルダ１００および試料ステージ１６は、試料挿入構造を構成する。また、試料ホルダ１００は、本明細書に記載の方法によって、試料の位置を制御するために用いられる。

【0018】

また、鏡体１１の下方にある架台１７が、鏡体１１を含む荷電粒子線装置１の全体を支えている。

【0019】

さらに、荷電粒子線装置１は、荷電粒子線装置１の全体を制御する主制御ユニット１８と、試料ステージ１６を制御するステージコントローラー１９（制御部）とを備えている。

【0020】

試料１０２の観察像を得るため、電子銃１０から加速された電子ビーム２０が、鏡体１１に向かって照射され、さらに、照射系レンズ１２及び対物レンズ１３により集束されながら、試料ホルダ１００上の試料１０２に照射される。試料１０２を透過した電子ビーム２０は、結像系レンズ１４により拡大された後、検出器１５によって検出される。そして、検出器１５からの電気信号が主制御ユニット１８に取り込まれ、画像化される。

【0021】

試料ホルダ１００が、試料ステージ１６の挿入部１０１から、鏡体１１の内部に挿入される。試料ホルダ１００は、設置された試料１０２を移動させる。なお、試料ホルダ１００には後述の傾斜機構部１３０（図１参照）が設けられており、挿入部１０１は、この傾斜機構部１３０を荷電粒子線装置１の内部（たとえば鏡体１１の内部）へ挿入するよう動作する。このような構成により、試料１０２を適切な位置に挿入することができる。

【0022】

ステージコントローラー１９は、傾斜機構部１３０を制御する制御信号を送信する。また、ステージコントローラー１９からの制御信号により、試料ホルダ１００の位置が制御される。これによって試料１０２が所望の位置に移動することで、試料１０２に対する電子ビーム２０の照射位置を移動することができる。

【0023】

図示しないが、試料ステージ１６への試料ホルダ１００の挿入操作は、手動に限らず、自動搬送装置などを用いてもよい。

【0024】

また、試料ホルダ１００挿入後の試料位置を、鏡体１１内の適切な位置に移動できるのであれば、挿入部１０１は、試料ステージ１６内とする必要はなく、鏡体１１内の試料ステージ１６以外の位置としてもよい。

【0025】

なお、荷電粒子線装置の構成は上記の限りではない。

【0026】

図３は、本発明の試料ステージ１６の概略側面図である。本実施例では、座標系は、試料ホルダの挿入方向をＸ軸（前後）とし、これと直交する水平軸をＹ軸（左右）とし、垂直軸をＺ軸（上下）とするが、座標系の向きは任意にとることができる。

【0027】

図３の試料ステージ１６は、試料ステージ全体を支えるベース３０と、Ｘ軸周りに回転するＸ軸回転機構４０と、略Ｚ軸方向に動作するＺ方向動作機構５０と、図示しないが略Ｙ軸方向に動作するＹ方向動作機構と、Ｘ軸方向に直動するＸ軸直動機構７０とを備える。これに、試料１０２が設置された試料ホルダ１００が差し込まれる。

【0028】

なお、本明細書においては座標原点を特定しておらず、「Ｘ軸周りに回転する」という表現は、任意の点を中心とするＹＺ平面内での回転を表し得る。また、「略Ｚ軸方向に動作する」という表現は、Ｚ軸方向の厳密に直線的な動作に限らず、部材の一端が大まかに直線で近似できる程度の曲線的な軌跡を移動するような動作を含み、たとえばＸＺ平面内での回転動作を含む。「略Ｙ軸方向に動作する」という表現についても同様である。

【0029】

ベース３０は略円筒形状であり、鏡体１１側面に試料ステージ１６を固定する。

【0030】

Ｘ軸回転機構４０は、可動部、駆動部、動作案内部、駆動力伝達部、位置計測部を備え、ベース３０上に設置される。

【0031】

Ｘ軸回転機構４０は、回転動作する円筒状の回転筒４１（可動部）と、回転駆動力を発生させるＸ軸回転駆動部４２（駆動部）と、回転動作を案内するベアリング４３（動作案内部）と、回転駆動力を可動部に伝達するギア４４（駆動力伝達部）と、エンコーダ（図示しない。位置計測部）とを備える。

【0032】

回転筒４１はベース３０内部に内蔵され、Ｘ軸回転駆動部４２はベース３０上に固定され、ベアリング４３はベース３０と回転筒４１の間に設置され、ギア４４は回転筒４１（たとえばその後端近傍）に設置される。

【0033】

Ｘ軸回転機構の動作を示す。まず、ステージコントローラー１９からの駆動信号により、モーターなどのＸ軸回転駆動部４２が回転し、この回転力が回転筒後端のギア４４に伝達され、ベアリング４３を回転案内として回転筒４１がＸ軸周りに回転する。これにより、回転筒４１の一部と連結する外筒５１に支持されている試料ホルダ１００と、この先端にある試料１０２もＸ軸周りに回転する。

【0034】

Ｚ方向動作機構５０は、可動部、駆動部、動作案内部、位置計測部、真空封止部を備え、回転筒上に設置される。

【0035】

Ｚ方向動作機構５０は、略Ｚ軸方向に動作する外筒５１（可動部）と、略Ｚ軸方向の動作駆動力を発生させるＺ軸動作駆動部５２と、駆動力の反力を変形時に発生させる対抗ばね５３（駆動部）と、略Ｚ軸方向の動作を案内する球面受け５４および球形支点５５（動作案内部）と、球形支点用Ｏリング５６（真空封止部）と、エンコーダ（図示しない。位置計測部）とを備える。駆動部が直接可動部に作用するので伝達部は存在しない。

【0036】

なお、Ｚ方向動作機構５０は、厳密には外筒５１をＹ軸周りに回転させるものであるが、その回転範囲が狭い場合には、実質的には試料１０２をＺ軸方向に直動させるものと解釈することもできる。

【0037】

外筒５１は回転筒４１内部に内蔵され、Ｚ軸動作駆動部５２と対抗ばね５３は回転筒４１上に固定され、球形支点５５は外筒５１の前端（鏡体内部側）に設置され、球面受け５４は鏡体１１側に設置される。

【0038】

以下にＺ方向動作機構５０の動作を示す。ステージコントローラー１９からの駆動信号により、Ｚ軸動作駆動部５２が伸縮する。Ｚ軸動作駆動部５２そのものは直動するものであってもよく、たとえばリニアアクチュエータであってもよい。Ｚ軸動作駆動部５２の伸縮時の直動力が、直接的に外筒５１後端（外側）を押すことで、ここがてこの力点となり、球形支点５５と球面受け５４を支点に外筒５１がＹ軸周りに傾斜する。これにより、外筒５１の内側で支持されている試料ホルダ１００とこの先端にある試料１０２が略Ｚ軸方向に動作する。

【0039】

また、対抗ばね５３の圧縮変形により、駆動力と対抗する力が発生することで、Ｚ軸動作駆動部５２が縮小動作する際にも外筒５１がその動作に追従して移動できるようになる。

【0040】

また、略Ｚ軸方向動作時に外筒５１からのリークを防ぐため、球形支点用Ｏリング５６で真空封止すると好適である。

【0041】

Ｙ方向動作機構は、可動部と駆動部、動作案内部、位置計測部、真空封止部を備え、回転筒上に設置される。Ｙ方向動作機構は、Ｚ方向動作機構をＸ軸周りに９０°回転させた構成とすることができる。

【0042】

略Ｙ軸方向に動作する外筒５１（可動部）と、略Ｙ軸方向の動作駆動力を発生させるＹ軸動作駆動部（図示しない）と、駆動力の反力を発生させる対抗ばね（図示しない。駆動部）と、略Ｙ軸方向の動作を案内する球面受け５４および球形支点５５（動作案内部）と、球形支点用Ｏリング５６（真空封止部）と、エンコーダ（図示しない。位置計測部）とを備える。駆動部が直接可動部に作用するので伝達部は不要である。

【0043】

略Ｙ軸方向に動作するため、Ｙ軸動作駆動部と対抗ばねは回転筒４１上に固定される。他の構成部品については、Ｚ軸動作駆動部と同じである。

【0044】

以下にＹ方向動作機構６０の動作を示す。ステージコントローラー１９からの駆動信号により、Ｙ軸動作駆動部が伸縮する。Ｙ軸動作駆動部そのものは直動するものであってもよく、たとえばリニアアクチュエータであってもよい。他の動作はＺ方向動作機構と同じである。これにより、外筒５１の内側で支持されている試料ホルダ１００とこの先端にある試料１０２が略Ｙ軸方向に動作する。また、対抗ばねの圧縮変形により、駆動力と対抗する力が発生することで、Ｙ軸動作駆動部が縮小動作する際にも外筒５１がその動作に追従して移動できるようになる。

【0045】

外筒５１は、球面受け５４および球形支点５５にて案内されているため、略Ｚ軸方向の動作（またはＹ軸周りの回転）、略Ｙ軸方向の動作（またはＺ軸周りの回転）の何れにも対応できる。

【0046】

Ｘ軸方向へ直動するため、Ｘ軸直動機構７０は、可動部、駆動部、動作案内部、駆動力伝達部、位置計測部、真空封止部を備え、回転筒４１上に設置される。

【0047】

Ｘ軸直動機構７０は、Ｘ軸方向に直動するスライド筒７２と、ホルダ突き当て部７３（可動部）と、Ｘ軸方向の直動駆動力を発生させるＸ軸直動駆動部７４（駆動部）と、Ｘ軸直動動作を案内するガイドピン７５およびホルダガイド溝７６（動作案内部）と、てこ７７（駆動力伝達部）、ホルダ用Ｏリング７８および内筒・外筒間Ｏリング７９（真空封止部）と、エンコーダ（図示しない。位置計測部）と、内筒７１を備える。内筒７１は、たとえば２つの円筒状部材を一部嵌合させ固定することで形成される。

【0048】

内筒７１は外筒５１の内側に配置され、スライド筒７２は内筒７１の内側に配置される。さらに、スライド筒７２はベローズ８０を介して、内筒７１と接続される。ホルダ突き当て部７３は内筒７１の内側に配置される。ホルダ突き当て部７３はベローズ８１を介して、スライド筒７２と接続される。ガイドピン７５は試料ホルダ１００に結合している。てこ７７は、回転筒４１に設置されている。また、ホルダ用Ｏリング７８は試料ホルダ１００とスライド筒７２との間に設置され、内筒・外筒間Ｏリング７９は外筒５１と内筒７１との間に設置される。

【0049】

以下にＸ軸直動機構７０の動作を示す。ステージコントローラー１９からの駆動信号により、リニアアクチュエータなどのＸ軸直動駆動部７４が伸縮し、この伸縮時の直動力が、てこを押すことで、ここがてこ７７の力点となる。そして、てこ７７の作用点となる点が、スライド筒７２のつばを押すことで、スライド筒７２がＸ軸方向後方に直動する。これにより、外筒５１の内側で支持されている試料ホルダ１００と、この先端にある試料１０２とが、Ｘ軸方向に直動する。Ｘ軸方向前方に直動する場合には、真空負圧を利用することができる。

【0050】

また、Ｘ軸直動動作時に、試料ホルダ１００およびスライド筒７２間や、外筒５１と内筒７１との間からのリークを防ぐため、ホルダ用Ｏリング７８や内筒・外筒間Ｏリング７９で真空封止すると好適である。

【0051】

本実施例では、試料ステージ１６が、試料ステージ全体を支えるベース３０と、Ｘ軸周りに回転するＸ軸回転機構４０と、略Ｚ軸方向に動作するＺ方向動作機構５０と、略Ｙ軸方向に動作するＹ方向動作機構と、Ｘ軸に直動するＸ軸直動機構７０とを備えるが、試料ステージ１６の構成はこの限りではない。

【0052】

図１は、本実施例の傾斜機構部を備えた試料ホルダの断面側面図である。図１（ａ）は試料ホルダ１００の全体を示し、図１（ｂ）は試料ホルダ１００の先端近傍の拡大図を示す。座標系は、図３と同じである。試料ホルダ１００は、挿入部１０１より挿入された状態で使用する。

【0053】

試料ホルダ１００の先端に、試料を前後方向に傾斜させるために傾斜動作を行う傾斜機構部１３０が設置される。なお、「前後方向に傾斜」とは、たとえば前後上下平面内での回転（Ｙ軸周りの回転）をいう。

【0054】

試料ホルダ１００は、傾斜機構駆動部１１０（試料ホルダ１００後端に設置され、傾斜機構部１３０の傾斜動作に必要な駆動力を発生させる）と、傾斜駆動力伝達部１２０（ロッドまたはネジ形状の部材を備え、試料ホルダ１００の先端に駆動力を伝達する）と、傾斜機構部１３０（試料ホルダ１００先端に設置され、試料を前後方向に傾斜せる機構をもつ）とを備える。

【0055】

荷電粒子線装置１は、傾斜駆動力伝達部１２０の移動をガイドするガイド部１２１を備える。ガイド部１２１は中空筒状であり、ガイド部１２１の中空部に傾斜駆動力伝達部１２０が挿通される。このような構造によって傾斜駆動力伝達部１２０の移動方向が適切に制御される。

【0056】

傾斜機構部１３０は、傾斜駆動力伝達部１２０からの駆動力を伝達する荷重伝達部１４０と、駆動力により弾性変形する４つの変形部１５０と、試料１０２を保持し傾斜可能な試料保持部１６０とを備える。

【0057】

荷重伝達部１４０は、傾斜駆動力伝達部１２０からの駆動力を伝達する第１荷重伝達部１４１および第２荷重伝達部１４２を備える。第２荷重伝達部１４２は、たとえば三角形状または三角柱状に形成することができる。第２荷重伝達部１４２は、たとえば当該三角形の各頂点またはその近傍において変形部１５０により支持することができる。第２荷重伝達部１４２は、たとえば剛性の高い構造とすることができる。

【0058】

変形部１５０は、図で円形状にて簡略表現しているが、弾性変形できる形状であれば何でもよい。例えば板バネを用いてもよい。また、板バネを折り返した構造にして、より変形しやすい形状にしてもよい。変形部１５０の具体的な形状および／または構造は、当業者が適宜設計可能である。

【0059】

試料保持部１６０は、図示しないが試料を保持する部位を備える。また、試料を固定するための板バネなどを備えてもよい。

【0060】

変形部１５０は、荷重により弾性変形する変形部であり、第１変形部１５１と、第２変形部１５２と、第３変形部１５３と、第４変形部１５４とを備える。

【0061】

第２荷重伝達部１４２が三角形状である場合には、第１変形部１５１、第２変形部１５２および第３変形部１５３は、それぞれ第２荷重伝達部１４２の異なる頂点に取り付けることができる。このようにすると、第２荷重伝達部１４２は、簡素な形状で各変形部を適切に支持することができる。

【0062】

第１荷重伝達部１４１は、傾斜駆動力伝達部１２０および第１変形部１５１と接続される。第２荷重伝達部１４２は、第１変形部１５１、第２変形部１５２および第３変形部１５３と接続される。たとえば、第２荷重伝達部１４２に、第１変形部１５１と、第２変形部１５２と、第３変形部１５３とが取り付けられる。試料保持部１６０は、第３変形部１５３および第４変形部１５４と接続される。

【0063】

第１変形部１５１は、第１荷重伝達部１４１および第２荷重伝達部１４２に接続される。これによって第１荷重伝達部１４１および第２荷重伝達部１４２の間で駆動力が確実に伝達される。

【0064】

第２変形部１５２は、ガイド部１２１および第２荷重伝達部１４２に接続される。これによって第２荷重伝達部１４２が回転する際の支点が固定される。

【0065】

第３変形部１５３は、第２荷重伝達部１４２および試料保持部１６０に接続される。これによって第２荷重伝達部１４２および試料保持部１６０の間で駆動力が確実に伝達される。

【0066】

第４変形部１５４は、ガイド部１２１および試料保持部１６０に接続される。これによって試料保持部１６０が回転する際の支点が固定される。

【0067】

第１変形部１５１と第２変形部１５２は、第３変形部１５３より後方に配置される。第４変形部１５４は、第３変形部１５３より前方に配置される。第１変形部１５１および第４変形部１５４は、いずれも第２変形部１５２および第３変形部１５３より下方に配置される。

【0068】

第３変形部１５３は、第１変形部１５１および第４変形部１５４より上方にあり、第２変形部１５２より下方にあり、第１変形部１５１より前方にあり、第４変形部１５４より後方にある。

【0069】

以上のような構成の傾斜機構の動作を示す。モーターなどを用いた傾斜機構駆動部１１０が回転力や直動駆動力を発生し、この力が傾斜駆動力伝達部１２０に伝わり、これが前後に直接直動するか、回転しながら前後に直動することで、傾斜機構部１３０に駆動力を伝える。

【0070】

傾斜機構部１３０では、まず第１荷重伝達部１４１が直動力を受ける。第１荷重伝達部１４１は、傾斜駆動力伝達部１２０からの荷重により荷重方向に移動し、たとえばガイド部１２１の案内により前進する。これによって、第１荷重伝達部１４１は、第１変形部１５１に荷重を伝える。第１変形部１５１は、第１荷重伝達部１４１からの荷重により変形する。

【0071】

第１変形部１５１の変形によって生じた力が、てこの力点において第２荷重伝達部１４２に作用する。第２荷重伝達部１４２は、第１変形部１５１の変形によって発生したトルクにより、第２変形部１５２を支点に回転して第３変形部１５３に荷重を伝える。このときの第２荷重伝達部１４２の作用力が、第３変形部１５３に伝わり、第３変形部１５３が変形する。

【0072】

第３変形部１５３が変形によって生じた力が、てこの力点において試料保持部１６０に作用する。試料保持部１６０は、第３変形部１５３の変形によって発生したトルクにより、第４変形部１５４を支点に、第２荷重伝達部１４２とは逆方向に（図１（ｂ）の例では反時計回りに）に回転する。

【0073】

試料保持部１６０を、図１（ｂ）とは反対方向に回転させる場合には、モーターの回転方向を反対にすればよい。

【0074】

以上の構成によれば、荷電粒子線装置１は回転軸の摺動部を有しないので、荷電粒子線装置１における試料の傾斜動作において非線形特性が低減される。たとえば、弾性変形のみで試料の傾斜動作が可能になる。

【0075】

また、摺動部をなくすことで、機構の非線形特性（位置決め精度に影響する）のない傾斜動作が可能になる。また、第２荷重伝達部１４２を三角形構造としているため、平行リンク構造と比べて剛性が高くなり、耐振動性の高い構造となる。

【符号の説明】

【0076】

１…荷電粒子線装置
１６…試料ステージ（試料挿入構造）
１９…ステージコントローラー（制御部）
１００…試料ホルダ（試料挿入構造）
１０１…挿入部
１０２…試料
１１０…傾斜機構駆動部
１２０…傾斜駆動力伝達部
１２１…ガイド部
１３０…傾斜機構部
１４０…荷重伝達部
１４１…第１荷重伝達部
１４２…第２荷重伝達部
１５０…変形部
１５１…第１変形部
１５２…第２変形部
１５３…第３変形部
１５４…第４変形部
１６０…試料保持部

【図1】

【図2】

【図3】