(57)【要約】【課題】試料を通過する際に散乱した透過信号を検出する透過信号検出器を備える荷電粒子線装置において、同検出器が振動源となって生じる像質の劣化を抑制する。【解決手段】本発明に係る荷電粒子線装置は、試料を透過した透過信号粒子を衝突させる透過信号変換部材を備え、その衝突によって生じた信号粒子を検出器によって検出する。【選択図】図２ａ
2014225352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子源と、
前記荷電粒子源から放出される荷電粒子線を収束して前記試料を走査する光学系と、
前記荷電粒子線を前記試料に対して照射することにより発生した信号粒子のうち前記試料を透過した透過信号粒子を衝突させる透過信号変換部材と、
前記透過信号粒子が前記透過信号変換部材に対して衝突することにより発生した変換信号粒子を検出する検出器と、
前記透過信号粒子が前記透過信号変換部材に対して衝突する衝突面の角度を調整する角度調整機構と、
を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
前記荷電粒子線装置は、前記荷電粒子線の強度を検出する荷電粒子線検出器を備え、
前記角度調整機構は、前記荷電粒子線検出器が検出した前記荷電粒子線の強度に応じて前記衝突面の角度を調整する
ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
【請求項３】
前記荷電粒子線装置は、
前記透過信号粒子が前記透過信号変換部材に対して衝突する前に前記透過信号粒子の一部を遮断する絞りと、
前記絞りを上下に移動させる絞り移動機構と、
を備えたことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
【請求項４】
前記荷電粒子線装置は、前記荷電粒子線の強度を検出する荷電粒子線検出器を備え、
前記絞り移動機構は、前記荷電粒子線検出器が検出した前記荷電粒子線の強度に応じて前記絞りを移動させる
ことを特徴とする請求項３記載の荷電粒子線装置。
【請求項５】
前記荷電粒子線装置は、
前記透過信号粒子が前記透過信号変換部材に対して衝突する前に前記透過信号粒子の一部を遮断する絞りと、
前記絞りを上下に移動させる絞り移動機構と、
を備え、
前記絞り移動機構は、前記荷電粒子線検出器が検出した前記荷電粒子線の強度に応じて前記絞りを移動させる
ことを特徴とする請求項２記載の荷電粒子線装置。
【請求項６】
前記角度調整機構と前記絞り移動機構は、互いに独立して駆動するように構成されていることを特徴とする請求項５記載の荷電粒子線装置。
【請求項７】
前記荷電粒子線検出器は、前記角度調整機構に接続された第１荷電粒子線検出器と、前記絞り移動機構に接続された第２荷電粒子線検出器とを含み、
前記第１荷電粒子線検出器と前記第２荷電粒子線検出器は、互いに電気的に絶縁されている
ことを特徴とする請求項６記載の荷電粒子線装置。
【請求項８】
前記荷電粒子線装置は、
前記試料を載置するサンプルホルダと、
前記透過信号粒子のうち、前記透過信号変換部材に到達するものよりも、前記試料を透過する際における散乱角度が大きいものを検出する第２検出器と、
前記サンプルホルダを移動させる機構と、
を備え、
前記第２検出器は前記サンプルホルダに取り付けられている
ことを特徴とする請求項３記載の荷電粒子線装置。
【請求項９】
荷電粒子線装置が荷電粒子線を照射する試料を載置するサンプルホルダであって、
前記荷電粒子線を前記試料に対して照射することにより発生した信号粒子のうち前記試料を透過した透過信号粒子を衝突させる透過信号変換部材と、
前記透過信号粒子が前記透過信号変換部材に対して衝突する衝突面の角度を調整する角度調整機構と、
を備えたことを特徴とするサンプルホルダ。
【請求項１０】
試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子源と、
前記荷電粒子源から放出される荷電粒子線を収束して前記試料を走査する光学系と、
前記荷電粒子線を前記試料に対して照射することにより発生した信号粒子のうち前記試料を透過した透過信号粒子を衝突させる透過信号変換部材と、
前記透過信号粒子が前記透過信号変換部材に対して衝突することにより発生した変換信号粒子を検出する検出器と、
前記透過信号粒子が前記透過信号変換部材に対して衝突する衝突面の角度を調整する角度調整機構と、
前記試料を載置するサンプルホルダと、
前記サンプルホルダに取り付けられた第２検出器であって、前記透過信号粒子のうち、前記透過信号変換部材に到達するものよりも、前記試料を透過する際における散乱角度が大きいものを検出する、第２検出器と、
を備えた荷電粒子線装置の前記第２検出器の上下方向における位置および前記透過信号変換部材のサイズを決定することにより、前記荷電粒子線装置の構成を設計する方法であって、
前記試料の元素種類を入力パラメータとして、前記透過信号粒子の散乱角と散乱強度をコンピュータシミュレーションするシミュレーションステップ、
前記コンピュータシミュレーションの結果に基づき、前記元素種類間の前記散乱強度の差が最大となる前記散乱角を特定する最大強度特定ステップ、
特定した前記散乱角に応じて、前記第２検出器の上下方向における位置および前記透過信号変換部材のサイズを決定する構成決定ステップ、
前記決定の結果を出力するステップ、
を有することを特徴とする荷電粒子線装置設計方法。
【請求項１１】
前記シミュレーションステップにおいては、前記透過信号粒子の散乱角と散乱強度を２軸とする平面上に前記コンピュータシミュレーションの結果をプロットして、前記元素種類毎のプロットが交差する１以上の交差点を特定し、
前記最大強度特定ステップにおいては、前記プロット上における少なくともいずれかの前記交差点よりも低散乱角側の位置において、前記元素種類間の前記散乱強度の差が最大となる前記散乱角を特定し、
前記構成決定ステップにおいては、特定した前記散乱角に対応する前記透過信号変換部材のサイズを決定する
ことを特徴とする請求項１０記載の荷電粒子線装置設計方法。
【請求項１２】
前記シミュレーションステップにおいては、前記透過信号粒子の散乱角と散乱強度を２軸とする平面上に前記コンピュータシミュレーションの結果をプロットして、前記元素種類毎のプロットが交差する１以上の交差点を特定し、
前記最大強度特定ステップにおいては、前記プロット上における少なくともいずれかの前記交差点よりも高散乱角側の位置において、前記元素種類間の前記散乱強度の差が最大となる前記散乱角を特定し、
前記構成決定ステップにおいては、特定した前記散乱角に対応する前記第２検出器の上下方向における位置を決定する
ことを特徴とする請求項１０記載の荷電粒子線装置設計方法。
【請求項１３】
試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子源と、
前記荷電粒子源から放出される荷電粒子線を収束して前記試料を走査する光学系と、
前記荷電粒子線を前記試料に対して照射することにより発生した信号粒子のうち前記試料を透過した透過信号粒子を衝突させる透過信号変換部材と、
前記透過信号粒子が前記透過信号変換部材に対して衝突することにより発生した変換信号粒子を検出する検出器と、
前記透過信号粒子が前記透過信号変換部材に対して衝突する衝突面の角度を調整する角度調整機構と、
前記透過信号粒子が前記透過信号変換部材に対して衝突する前に前記透過信号粒子の一部を遮断する絞りと、
前記試料を載置するサンプルホルダと、
前記サンプルホルダに取り付けられた第２検出器であって、前記透過信号粒子のうち、前記透過信号変換部材に到達するものよりも、前記試料を透過する際における散乱角度が大きいものを検出する、第２検出器と、
を備える荷電粒子線装置の前記第２検出器の上下方向における位置および前記絞りの上下方向における位置を決定することにより前記荷電粒子線装置の構成を設計する方法であって、
前記試料の元素種類を入力パラメータとして、前記透過信号粒子の散乱角と散乱強度をコンピュータシミュレーションするシミュレーションステップ、
前記コンピュータシミュレーションの結果に基づき、前記元素種類間の前記散乱強度の差が最大となる前記散乱角を特定する最大強度特定ステップ、
特定した前記散乱角に応じて、前記第２検出器の上下方向における位置および前記絞りの上下方向における位置を決定する構成決定ステップ、
前記決定の結果を出力するステップ、
を有することを特徴とする荷電粒子線装置設計方法。
【請求項１４】
前記シミュレーションステップにおいては、前記透過信号粒子の散乱角と散乱強度を２軸とする平面上に前記コンピュータシミュレーションの結果をプロットして、前記元素種類毎のプロットが交差する１以上の交差点を特定し、
前記最大強度特定ステップにおいては、前記プロット上における少なくともいずれかの前記交差点よりも低散乱角側の位置において、前記元素種類間の前記散乱強度の差が最大となる前記散乱角を特定し、
前記構成決定ステップにおいては、特定した前記散乱角に対応する前記絞りの上下方向における位置を決定する
ことを特徴とする請求項１３記載の荷電粒子線装置設計方法。
【請求項１５】
前記シミュレーションステップにおいては、前記透過信号粒子の散乱角と散乱強度を２軸とする平面上に前記コンピュータシミュレーションの結果をプロットして、前記元素種類毎のプロットが交差する１以上の交差点を特定し、
前記最大強度特定ステップにおいては、前記プロット上における少なくともいずれかの前記交差点よりも高散乱角側の位置において、前記元素種類間の前記散乱強度の差が最大となる前記散乱角を特定し、
前記構成決定ステップにおいては、特定した前記散乱角に対応する前記第２検出器の上下方向における位置を決定する
ことを特徴とする請求項１３記載の荷電粒子線装置設計方法。
【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】
本願に関連する先行技術として、下記特許文献１がある。下記特許文献１に記載されている技術においては、試料を通過する際に高角度で散乱した透過信号粒子（暗視野ＳＴＥＭ信号粒子）を、試料ホルダに取り付けた暗視野ＳＴＥＭ信号変換電極により２次信号粒子に変換している。この２次信号粒子は、対物レンズ下方に設置された２次信号検出器によって検出され、これにより暗視野ＳＴＥＭ像（Ｚコントラスト像）を得ている。試料を通過する際に低角度で散乱した透過信号粒子（明視野ＳＴＥＭ信号粒子）は、暗視野ＳＴＥＭ信号変換電極、試料ホルダ、および試料ステージに設けられた開口を通過する。その透過信号粒子を試料ステージ下方に設置された透過信号検出器で検出することにより、明視野ＳＴＥＭ像を得ている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１９３９６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１が記載している構成においては、透過信号検出器を試料ステージ下方において片持ち梁式に試料室壁に固定している。そのため、透過信号検出器が振動源になりやすく、その振動が試料室、ステージ、試料ホルダへと伝搬して像障害となり像質を劣化させてしまう。
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、試料を通過する際に散乱した透過信号を検出する透過信号検出器を備える荷電粒子線装置において、同検出器が振動源となって生じる像質の劣化を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る荷電粒子線装置は、試料を透過した透過信号粒子を衝突させる透過信号変換部材を備え、その衝突によって生じた信号粒子を検出器によって検出する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係る荷電粒子線装置によれば、透過信号変換部材によって検出器を試料および試料ホルダから機構的に分離することができる。これにより、検出器の振動に起因する像質劣化を抑制し、高コントラストな像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態１に係る荷電粒子線装置１０００の構成図である。
【図２ａ】試料ホルダ２１周辺の構成を示す側面図である。
【図２ｂ】試料ホルダ２１の等角投影図である。
【図３】実施形態２に係る荷電粒子線装置１０００が備える試料ホルダ２１の等角投影図である。
【図４ａ】実施形態３に係る荷電粒子線装置１０００が備える試料ホルダ２１の上面図である。
【図４ｂ】試料ホルダ２１の側断面図である。
【図５】実施形態４に係る荷電粒子線装置１０００が備える試料ホルダ２１の側断面図である。
【図６】実施形態５に係る荷電粒子線装置１０００が備える試料ホルダ２１の側断面図である。
【図７】実施形態６に係る荷電粒子線装置１０００が備える試料ホルダ２１の側断面図である。
【図８】実施形態７に係る荷電粒子線装置１０００が備える試料ホルダ２１の側断面図である。
【図９】ＳＴＥＭ像の像質に基づき荷電粒子線装置１０００の構成を決定する従来の工程を説明するフローチャートである。
【図１０】実施形態８における荷電粒子線装置１０００の構成を決定する工程を説明するフローチャートである。
【図１１】ステップＳ１０２０において入力するシミュレーションパラメータおよび元素基本情報１１０７の例を示す図である。
【図１２】ステップＳ１０２２におけるプロット結果およびステップＳ１０２５における表示結果を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施形態１に係る荷電粒子線装置１０００の構成図である。陰極１と第１陽極２に対して印加される電圧（図示せず）により陰極１から放出された１次荷電粒子線３は、第２陽極４に対して印加される電圧Ｖａｃｃ（図示せず）によって加速され、後段のレンズ系に進行する。１次荷電粒子線３は、第１集束レンズ５によっていったん収束され、対物レンズ絞り６によってビーム照射角を制限されて、２段の偏向コイル７および８によって試料１０上を２次元的に走査する。
【０００９】
試料１０表面に対して１次荷電粒子線３を照射した点から発生した２次信号粒子１１は、対物レンズ２０が生じさせる磁界に巻き上げられて、対物レンズ２０上方（電子源側）に進行する。２次信号粒子１１は、直交電磁界発生装置１９によってその軌道が１次荷電粒子線３の軌道から分離され、２次信号粒子検出器９によって検出される。
【００１０】
試料ホルダ２１に固定された試料１０を透過した透過信号粒子のうち、試料１０内で高角度に散乱した暗視野ＳＴＥＭ信号粒子１４は、試料１０下方に設けられた暗視野ＳＴＥＭ信号検出器２２によって検出される。暗視野ＳＴＥＭ信号検出器２２は試料ホルダ２１に取り付けられており、試料ホルダ２１を移動させる機構によって試料ホルダ２１とともに移動することができる。これにより、暗視野ＳＴＥＭ信号検出器２２の位置を柔軟に変更することができる。
【００１１】
試料１０内で散乱しない（または低角度に散乱した）明視野ＳＴＥＭ信号粒子１５は、試料ホルダ２１下部に設置された明視野ＳＴＥＭ信号変換電極２３に衝突し、２次信号粒子１２を放出する。２次信号粒子１２は対物レンズ２０下方に配置した２次信号検出器１３が生じさせる電界（図示せず）に吸引され、２次信号検出器１３によって検出される。
【００１２】
明視野ＳＴＥＭ信号変換電極２３に衝突しなかった明視野ＳＴＥＭ信号粒子１８は、試料ホルダ２１の下部にある開口（図２ａ：符号２６）および試料ステージ１６にある開口（図２ａ：符号２７）を通過する。
【００１３】
図２ａは、試料ホルダ２１周辺の構成を示す側面図である。試料ホルダ２１は試料ステージ１６上に固定される。試料ホルダ２１の上部には試料搭載位置１００があり、同位置に試料１０を搭載し、試料固定機構によって試料１０が固定される。
【００１４】
試料１０を透過した透過信号粒子のうち、比較的散乱角度の大きい透過信号粒子（暗視野ＳＴＥＭ信号粒子１４）は、試料搭載位置１００の下方に設置された暗視野ＳＴＥＭ信号検出器２２によって検出される。暗視野ＳＴＥＭ信号検出器２２として用いられる検出器の１例として、ＰＮ接合型の半導体素子を使用したアニュラー形半導体検出器がある。暗視野ＳＴＥＭ信号検出器２２は、上下移動機構２５（例えば上下移動をガイドする長円穴）を有し、固定具２４によって上下方向の位置を固定される。暗視野ＳＴＥＭ信号検出器２２を固定する位置を変えることにより、検出する暗視野ＳＴＥＭ信号粒子１４の範囲を変更することができる。
【００１５】
試料１０を透過した透過信号粒子のうち、比較的散乱角度の小さい透過信号粒子（明視野ＳＴＥＭ信号粒子１５）は、暗視野ＳＴＥＭ信号検出器２２の中央部にある開口を通過し、試料ホルダ２１下部に配置された明視野ＳＴＥＭ信号変換電極２３の斜面と衝突する。斜面に衝突させることにより、明視野ＳＴＥＭ信号変換電極２３から放出される２次信号粒子１２が２次信号検出器１３側へ放出されやすくしている。
【００１６】
試料１０を透過した透過信号粒子のうち、明視野ＳＴＥＭ信号変換電極２３に衝突しなかった明視野ＳＴＥＭ信号粒子１８は、試料ホルダ２１の開口２６および試料ステージ１６の開口２７を通過する。これにより、試料ホルダ２１に明視野ＳＴＥＭ信号粒子１５が衝突して２次信号粒子１２を放出することを防いでいる。
【００１７】
図２ｂは、試料ホルダ２１の等角投影図である。明視野ＳＴＥＭ信号変換電極２３は試料ホルダ２１に固定される。幅１０４や長さ１０５が異なる複数種類の明視野ＳＴＥＭ信号変換電極２３を用意し、検出したい明視野ＳＴＥＭ信号粒子１５の角度によって取り替える。これにより、明視野ＳＴＥＭ信号粒子１５の検出角度を制御できる。
【００１８】
例えば、検出角度を小さくしたい場合は幅１０４および長さ１０５が小さい明視野ＳＴＥＭ信号変換電極２３を取付ければよい。明視野ＳＴＥＭ信号変換電極２３上に、検出角度を一目で分かるような印を付与しておくと便宜である。例えば、検出角度を記した刻印でもよいし、ユーザが検出したい検出角度に合わせて間違えずに取り替えることができるものであればその他のマークであってもよい。
【００１９】
＜実施の形態１：まとめ＞
以上のように、本実施形態１に係る荷電粒子線装置１０００は、２次信号検出器１３を試料ホルダ２１から分離して配置するとともに、明視野ＳＴＥＭ信号粒子１５が衝突すると２次信号粒子１２を放出する明視野ＳＴＥＭ信号変換電極２３を、明視野ＳＴＥＭ信号粒子１５の軌道上に設けた。これにより、２次信号検出器１３が振動源となることによる像質劣化を抑制することができる。
【００２０】
＜実施の形態２＞
図３は、本発明の実施形態２に係る荷電粒子線装置１０００が備える試料ホルダ２１の等角投影図である。本実施形態２において、明視野ＳＴＥＭ信号変換電極２３は、斜面の角度を調整する機構を備えている。その他の構成は実施形態１と同様である。
【００２１】
明視野ＳＴＥＭ信号変換電極２３の裏面には、明視野ＳＴＥＭ信号変換電極２３を固定する固定機構１０１が配置されている。固定機構１０１には回転軸１０２が取り付けられており、回転軸１０２は試料ホルダ２１が備える軸受け部によって支持されている。明視野ＳＴＥＭ信号変換電極２３の斜面角度は、角度調整機構１０３によって任意の角度に調整することができる。
【００２２】
角度調整は、例えばボールプランジャを試料ホルダ２１の軸受け部に配置することによって段階的に角度変更できるようにしてもよいし、止めネジによって回転軸１０２を固定して無段階的に角度変更できるようにしてもよい。角度調整機構１０３に現在の角度が一目で分かるような印を設けるとなおよい。例えば角度の目盛りを角度調整機構１０３に刻印してもよいし、ユーザが設定したい角度に間違えずに合わせられるものであればその他のマークであってもよい。
【００２３】
＜実施の形態３＞
図４ａは、本発明の実施形態３に係る荷電粒子線装置１０００が備える試料ホルダ２１の上面図である。本実施形態３においては、実施形態２で説明した角度調整機構１０３の動作が自動化されている。その他の構成は実施形態２と同様である。試料ホルダ２１の上部にはファラデーカップ構造２００が設けられており、ファラデーカップ構造２００に１次荷電粒子線３を照射する。
【００２４】
図４ｂは、試料ホルダ２１の側断面図である。アクチュエータ２０１は、ファラデーカップ構造２００に照射された１次荷電粒子線３による電圧を検知し、その値に応じて角度調整機構１０３および回転軸１０２を回転させる。これにより明視野ＳＴＥＭ信号変換電極２３の角度が変更される。角度調整機構１０３は、アクチュエータ２０１が圧力素子を伸縮させることによって駆動してもよいし、アクチュエータ２０１をスイッチとしてギア機構を介して駆動してもよい。
【００２５】
１次荷電粒子線３の加速電圧が下がると、一般に観察像のコントラストが下がる傾向にある。他方、明視野ＳＴＥＭ信号変換電極２３をより傾ける（垂直に近づける）と２次信号粒子１２が放出され易くなるため、観察像のコントラストが高まりやすい。そこで、ファラデーカップ構造２００によって検出された１次荷電粒子線３の加速電圧が下がるのにともない、明視野ＳＴＥＭ信号変換電極２３をより傾けるように、角度調整機構１０３を自動駆動すればよい。例えば１次荷電粒子線３の加速電圧が１５ｋＶ以下になると、角度調整機構１０３を図４ｂの右回り方向に回転させる。
【００２６】
ファラデーカップ構造２００は試料ホルダ２１と電気的に絶縁されており、試料ホルダ２１に１次荷電粒子線３が照射されてもアクチュエータ２０１および角度調整機構１０３が意図せず駆動されることはない。
【００２７】
＜実施の形態４＞
図５は、本発明の実施形態４に係る荷電粒子線装置１０００が備える試料ホルダ２１の側断面図である。本実施形態４において、試料ホルダ２１は、明視野ＳＴＥＭ信号絞り３００と絞り上下移動機構３０１を備える。その他の構成は実施形態２〜３と同様である。以下では実施形態３で説明した構成を前提とする。
【００２８】
本実施形態４において、暗視野ＳＴＥＭ信号検出器２２と明視野ＳＴＥＭ信号変換電極２３の間に明視野ＳＴＥＭ信号絞り３００を設けた。明視野ＳＴＥＭ信号絞り３００は、絞り上下移動機構３０１（例えば上下移動をガイドする長円穴）を有し、絞り固定具３０２によって位置を固定される。
【００２９】
明視野ＳＴＥＭ信号粒子１５は、明視野ＳＴＥＭ信号絞り３００によって、明視野ＳＴＥＭ信号絞り３００を通過した明視野ＳＴＥＭ信号粒子３０３と明視野ＳＴＥＭ信号絞り３００によって遮断された明視野ＳＴＥＭ信号粒子３０４に分けられる。明視野ＳＴＥＭ信号粒子３０３のみ明視野ＳＴＥＭ信号変換電極２３と衝突し、２次信号粒子１２を放出する。明視野ＳＴＥＭ信号絞り３００によって遮断された明視野ＳＴＥＭ信号粒子３０４は、明視野ＳＴＥＭ信号絞り３００と衝突することによって２次信号粒子を放出するが、明視野ＳＴＥＭ信号絞り３００が有する絞りカバー３０５によってその２次信号粒子が遮断され、２次信号検出器１３がこれを検出することを防ぐ。絞りカバー３０５を設けることに代えて、またはこれと併用して、明視野ＳＴＥＭ信号絞り３００にカーボンを塗布または明視野ＳＴＥＭ信号絞り３００をカーボン製とし、２次信号粒子の発生を減らすことにより、２次信号検出器がこれを検出することを防いでもよい。
【００３０】
明視野ＳＴＥＭ信号絞り３００を固定する位置を変えることによって、明視野ＳＴＥＭ信号絞り３００を通過する明視野ＳＴＥＭ信号粒子３０３の検出角度を調整できる。例えば、検出角度を小さくしたい場合は明視野ＳＴＥＭ信号絞り３００を下方の位置で固定するとよい。
【００３１】
絞り上下移動機構３０１には、明視野ＳＴＥＭ信号変換電極２３が明視野ＳＴＥＭ信号粒子３０３を検出できる検出角度が一目で分かるような印を付与すると便宜である。例えば、検出角度の目盛りを刻印してもよいし、ユーザが検出したい検出角度に合わせて間違えずに上下移動できるものであればその他のマークでもよい。
【００３２】
絞り上下移動機構３０１を自動的に移動させる場合は、例えば試料ホルダ２１にファラデーカップ構造２００を設け、照射された１次荷電粒子線３によって生じる電圧を検知してその値に応じアクチュエータ２０１を駆動することにより、絞り上下移動機構３０１を移動させる。絞り上下移動機構３０１は、アクチュエータ２０１が圧力素子を伸縮させることによって駆動してもよいし、アクチュエータ２０１をスイッチとしてギア機構を介して駆動してもよい。
【００３３】
１次荷電粒子線３の加速電圧が下がると、一般に観察像がぼやける傾向にある。他方、明視野ＳＴＥＭ信号絞り３００を下げる（明視野ＳＴＥＭ信号粒子３０３をより絞る）と明視野ＳＴＥＭ信号粒子３０３が保持する情報が局所化されて観察像が明確になり易い。そこで、ファラデーカップ構造２００によって検出された１次荷電粒子線３の加速電圧が下がるのにともない、明視野ＳＴＥＭ信号絞り３００を下げるように、絞り上下移動機構３０１を自動駆動すればよい。例えば１次荷電粒子線３の加速電圧が１５ｋＶ以下になると、絞り上下移動機構３０１を下降させる。
【００３４】
ファラデーカップ構造２００は試料ホルダ２１と電気的に絶縁しており、試料ホルダ２１に１次荷電粒子線３が照射されてもアクチュエータ２０１および絞り上下移動機構３０１が意図せず駆動されることはない。
【００３５】
＜実施の形態５＞
図６は、本発明の実施形態５に係る荷電粒子線装置１０００が備える試料ホルダ２１の側断面図である。本実施形態５において、試料ホルダ２１は、実施形態４で説明した明視野ＳＴＥＭ信号絞り３００および絞り上下移動機構３０１と、実施形態３で説明した角度調整機構１０３とを備える。その他の構成は実施形態３〜４と同様である。
【００３６】
暗視野ＳＴＥＭ信号検出器２２の下方に明視野ＳＴＥＭ信号絞り３００を配置し、明視野ＳＴＥＭ信号絞り３００の下方に明視野ＳＴＥＭ信号変換電極２３を配置する。明視野ＳＴＥＭ信号絞り３００は、絞り固定具３０２によって位置を固定され、絞り上下移動機構３０１によって上下に移動する。明視野ＳＴＥＭ信号変換電極２３は、ボールプランジャや止めネジ等により角度を固定され、角度調整機構１０３によって回転して傾斜面の角度を変更する。
【００３７】
本実施形態５において、実施形態３〜４と同様に試料ホルダ２１の上部にファラデーカップ構造２００を設け、ファラデーカップ構造２００に照射された１次荷電粒子線３によって生じる電圧に応じて、絞り上下移動機構３０１および角度調整機構１０３を駆動してもよいし、これら機構を手動駆動してもよい。これら機構を自動駆動する場合の動作については実施形態３〜４と同様である。
【００３８】
＜実施の形態６＞
図７は、本発明の実施形態６に係る荷電粒子線装置１０００が備える試料ホルダ２１の側断面図である。本実施形態６においては、各機構を駆動するために必要なファラデーカップ構造を機構毎に設け（２０２、２０３、２０４）、各ファラデーカップ構造および各機構を独立して駆動させる。その他の構成は実施形態５と同様である。
【００３９】
試料ホルダ２１とファラデーカップ構造２０２〜２０４はそれぞれ電気的に絶縁されており、試料ホルダ２１に１次荷電粒子線３が照射されても対応する各アクチュエータ２０５、２０６、２０７が意図せず駆動されることはない。さらには、アクチュエータ２０５が駆動されるときアクチュエータ２０６と２０７が意図せず駆動されることもない。アクチュエータ２０６とアクチュエータ２０７についても同様である。
【００４０】
＜実施の形態７＞
図８は、本発明の実施形態７に係る荷電粒子線装置１０００が備える試料ホルダ２１の側断面図である。本実施形態７においては、ファラデーカップ構造２００を１つ設け、これを用いて上下移動機構２５、絞り上下移動機構３０１、角度調整機構１０３を個別に駆動する。その他の構成は実施形態６と同様である。
【００４１】
ファラデーカップ構造２００によって検出された電圧と、各機構を自動駆動する動作との間の対応関係は、実施形態３〜６と同様にすることもできるし、荷電粒子線装置１０００の仕様として許容されるのであれば、検出した電圧範囲に応じていずれかの機構を駆動するようにしてもよい。例えば、５ｋＶ以下を検出した場合は上下移動機構２５を上昇させ、５〜１０ｋＶを検出した場合は上下移動機構２５を下降させ、１０〜１５ｋＶを検出した場合は絞り上下移動機構３０１を上昇させ、１５〜２０ｋＶを検出した場合は絞り上下移動機構３０１を下降させ、２０〜２５ｋＶを検出した場合は角度調整機構１０３を右回転（より垂直に近づける）させ、２５ｋＶ以上を検出した場合は角度調整機構１０３を左回転（より水平に近づける）させる。
【００４２】
＜実施の形態８＞
以上の実施形態１〜７において、試料１０を透過した透過信号粒子の散乱角度は、試料１０の元素によって異なる。したがって、最適なＳＴＥＭ像を得るためには、透過信号粒子の散乱角度に応じて明視野ＳＴＥＭ信号変換電極２３のサイズを適切に選定する必要がある。そのためには、試料ホルダ２１をセットし、ＳＴＥＭ像を確認し、試料ホルダ２１を取り出し、最適なＳＴＥＭ信号変換電極２３のサイズを選定して再度試料ホルダ２１をセットする、という一連の作業を実施しなければならない。明視野ＳＴＥＭ信号変換電極２３の最適サイズを１度の作業で選定できるとは限らないため、上記作業を繰り返す必要が生じる場合もある。
【００４３】
そこで本発明の実施形態８においては、コンピュータシミュレーションにより明視野ＳＴＥＭ信号変換電極２３の最適サイズを選定することにより、荷電粒子線装置１０００の構成を決定する手法を説明する。荷電粒子線装置１０００が備える各機能部は、実施形態１〜７と同様である。
【００４４】
図９は、ＳＴＥＭ像の像質に基づき荷電粒子線装置１０００の構成を決定する従来の工程を説明するフローチャートである。以下、図９の各ステップについて説明する。
【００４５】
（図９：ステップＳ１００１）
オペレータは、試料ホルダ２１に試料１０を固定した後、暗視野ＳＴＥＭ信号検出器２２の高さ方向における位置を調整し、明視野ＳＴＥＭ信号変換電極２３のサイズを選定する。これらを位置およびサイズを選定した後に試料１０を固定してもよい。
【００４６】
（図９：ステップＳ１００２〜Ｓ１００３）
オペレータは、試料ホルダ２１を試料ステージ１６にセットする（Ｓ１００２）。オペレータは、荷電粒子線装置１０００を動作させて１次荷電粒子線３を試料１０に対して照射し、ＳＴＥＭ像を確認する（Ｓ１００３）。
【００４７】
（図９：ステップＳ１００４）
オペレータは、ＳＴＥＭ像の像質を判断する（Ｓ１００４）。像質が十分な品質を有している場合はそのＳＴＥＭ像を観察像として取得し（Ｓ１００６）、像質が十分でない場合は試料ホルダ２１を取り出して（Ｓ１００５）ステップＳ１００１に戻り同様の工程を繰り返す。ステップＳ１００１〜Ｓ１００５は手動である。
【００４８】
図１０は、本実施形態８における荷電粒子線装置１０００の構成を決定する工程を説明するフローチャートである。以下、図１０の各ステップについて説明する。
【００４９】
（図１０：ステップＳ１０２０）
オペレータは、試料ホルダ２１に試料１０を固定した後、シミュレーションパラメータとして試料１０を構成する元素種別を入力する。試料１０が複数の元素によって構成されている場合は、本ステップにおいて複数の元素種別を入力してもよい。元素種別を入力した後に試料１０を固定してもよい。本ステップは手動である。
【００５０】
（図１０：ステップＳ１０２１）
オペレータは、入力された元素種別をシミュレーションパラメータとして、透過信号粒子の散乱強度をコンピュータシミュレーションする。本ステップからステップＳ１０２５までは、シミュレーションを実施するコンピュータ（以下コンピュータと呼ぶ）が自動的に実施する。
【００５１】
（図１０：ステップＳ１０２２）
コンピュータは、各元素についてのシミュレーション結果を、散乱信号強度と散乱角度を座標軸とする平面上にプロットし、重ね合わせる。プロットの具体例は後述の図１２で改めて説明する。
【００５２】
（図１０：ステップＳ１０２３〜Ｓ１０２４）
コンピュータは、プロット結果のうち、各元素についてのシミュレーション結果が交わる点よりも散乱角度が小さい座標領域において、各元素間の散乱強度差が最も大きい個所を算出する（Ｓ１０２３）。コンピュータは同様に、各元素についてのシミュレーション結果が交わる点よりも散乱角度が大きい座標領域において、各元素間の散乱強度差が最も大きい個所を算出する（Ｓ１０２４）。
【００５３】
（図１０：ステップＳ１０２５）
コンピュータは、ステップＳ１０２３〜Ｓ１０２４において求めたプロット上の個所に基づき、暗視野ＳＴＥＭ信号検出器２２の高さ方向における位置、明視野ＳＴＥＭ信号変換電極２３のサイズを求め、これらを表示する。
【００５４】
（図１０：ステップＳ１０２６〜Ｓ１０２８）
オペレータは、ステップＳ１０２５においてコンピュータが表示する結果に基づき、暗視野ＳＴＥＭ信号検出器２２の高さ方向における位置を調整し、明視野ＳＴＥＭ信号変換電極２３のサイズを選定する（Ｓ１０２６）。オペレータは、試料ホルダ２１を試料ステージ１６にセットし（Ｓ１０２７）、ＳＴＥＭ像を取得する（Ｓ１０２８）。
【００５５】
図１１は、ステップＳ１０２０において入力するシミュレーションパラメータおよび元素基本情報１１０７の例を示す図である。試料１０を分析するときの加速電圧を加速電圧入力欄１１０１に入力し、試料１０の厚さを試料厚入力欄１１０２に入力する。分析元素数１１０３には同時に分析したい元素数を入力する。分析元素１１０４は元素種別を入力する欄である。算出ボタン１１０６を押下すると、コンピュータは入力されたパラメータを用いてシミュレーションを実施する。元素登録ボタン１１０５を押下すると、元素基本情報１１０７に新しい元素情報を登録することができる。
【００５６】
図１２は、ステップＳ１０２２におけるプロット結果およびステップＳ１０２５における表示結果を例示する図である。コンピュータは、例えばモンテカルロ法を用いてシミュレーションを実施し、横軸に透過散乱角度、縦軸に透過散乱強度をプロットしたグラフを作成する。プロット結果の例を図１２上図に示す。
【００５７】
プロット１２０２は、原子番号が小さい軽元素のシミュレーション結果を示す。プロット１２０２は、透過散乱角度が小さい座標領域において透過散乱強度が高く、透過散乱角度が大きい座標領域において透過散乱強度が低くなっている。プロット１２０３は、原子番号が大きい重元素のシミュレーション結果である。プロット１２０３は、プロット１２０２と比較し曲線がなだらかになっている。プロット１２０２とプロット１２０３は、透過散乱角度が大きくなるにつれ、透過散乱強度の大小関係が逆転する（プロットが互いに交差する）。
【００５８】
上記交差点よりも透過散乱角度が小さい座標領域において、最適なコントラスト像が得られるのは、各元素間の透過散乱強度差が最大となる透過散乱角度である。これは図１２における最大散乱強度差１２００、すなわちθ１に対応する。散乱角度が小さい透過信号粒子は明視野ＳＴＥＭ信号粒子１５であるため、θ１に対応する範囲内で明視野ＳＴＥＭ信号変換電極２３のサイズ（電極の幅）を設定することが望ましいといえる。コンピュータはθ１の値を算出し、算出したθ１を明視野ＳＴＥＭ信号変換電極２３のサイズに変換する。コンピュータは、明視野ＳＴＥＭ信号変換電極２３のサイズを、変換電極幅表示欄１２０７に表示する。これと併せて、算出したθ１を明視野ＳＴＥＭ信号の最適散乱角度表示欄１２０８に表示してもよい。
【００５９】
上記交差点よりも透過散乱角度が大きい座標領域において、最適なコントラスト像が得られるのは、同様に各元素間の透過散乱強度差が最大となる透過散乱角度である。これは図１２における最大散乱強度差１２０１、すなわちθ２に対応する。散乱角度が大きい透過信号粒子は暗視野ＳＴＥＭ信号粒子１４であるため、θ２に対応する位置に暗視野ＳＴＥＭ信号検出器２２を配置することが望ましいといえる。コンピュータはθ２の値を算出し、算出したθ２を暗視野ＳＴＥＭ信号検出器２２の高さ方向における位置に変換する。コンピュータは、暗視野ＳＴＥＭ信号検出器２２の高さ方向における位置を、暗視野ＳＴＥＭ信号検出器の高さ表示欄１２０５に表示する。これと併せて、算出したθ２を暗視野ＳＴＥＭ信号の最適散乱角度表示欄１２０６に表示してもよい。
【００６０】
保存ボタン１２０９を押下すると、コンピュータは入力パラメータや出力パラメータなどのシミュレーションデータを、記憶装置に保存する。
【００６１】
以上の説明においては、明視野ＳＴＥＭ信号変換電極２３のサイズを散乱角度θ１に基づき求めることを説明したが、同様に明視野ＳＴＥＭ信号絞り３００の高さ方向における位置を求めることもできる。すなわち、明視野ＳＴＥＭ信号粒子１５の散乱角度が分かれば、明視野ＳＴＥＭ信号絞り３００が明視野ＳＴＥＭ信号粒子１５をブロックする範囲も分かるからである。ただし、絞りの開口サイズなどを別途パラメータとして入力する必要があるであろう。
【００６２】
図１２に示す例において、２種類の元素についてのプロットが交差する点を基準として最大散乱強度を求める例を示したが、３種類以上の元素については、各元素間の散乱強度差ができる限り均等になるような散乱角度を求めることにより、同様にＳＴＥＭ像のコントラストを高めることができる。３種類以上の元素を用いる場合、元素毎のプロットが交差する点が複数生じる可能性があるので、少なくともいずれかの交差点を基準として上記処理を実施すればよい。
【００６３】
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることもできる。また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることもできる。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成を追加・削除・置換することもできる。
【符号の説明】
【００６４】
１：陰極、２：第１陽極、３：１次荷電粒子線、４：第２陽極、５：第１集束レンズ、６：対物レンズ絞り、７，８：偏向コイル、９，１３：２次信号粒子検出器、１０：試料、１１，１２：２次信号粒子、１４：暗視野ＳＴＥＭ信号粒子、１５：明視野ＳＴＥＭ信号粒子、１６：試料ステージ、１８：明視野ＳＴＥＭ信号粒子、１９：直交電磁界発生装置、２０：対物レンズ、２１：試料ホルダ、２２：暗視野ＳＴＥＭ信号検出器、２３：明視野ＳＴＥＭ信号変換電極、２４：固定具、２５：上下移動機構、２６，２７：開口、１００：試料搭載位置、１０１：固定機構、１０２：回転軸、１０３：角度調整機構、２００：ファラデーカップ構造、２０１：アクチュエータ、３００：明視野ＳＴＥＭ信号絞り、１０００：荷電粒子線装置。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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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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