(57)【要約】【課題】人為的なミスなどに起因して電子ビーム鏡筒に試料が接触することを防止することが可能な荷電粒子ビーム装置を提供することを目的としている。【解決手段】荷電粒子ビーム装置１０は、試料室１１と、試料ステージ３１と、試料Ｓに電子ビームを照射する電子ビーム鏡筒１３および集束イオンビームを照射する集束イオンビーム鏡筒１４と、を備える。荷電粒子ビーム装置１０は、電子ビーム鏡筒１３の出射端部と試料ステージ３１との間の挿入位置と、挿入位置から離れた退出位置との間で変位可能に設けられる開閉部、および試料ステージ３１の動作時に出射端部よりも先に試料Ｓと接触可能な接触位置に設けられる接触部を有する変位部材４５を備える。荷電粒子ビーム装置１０は、変位部材４５を変位させる駆動機構４２と、試料Ｓと接触部との接触有無を検知する導通センサ２４と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を載置する試料ステージと、
前記試料ステージを収容する試料室と、
前記試料に荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム鏡筒と、
前記荷電粒子ビーム鏡筒の出射端部と前記試料ステージとの間の挿入位置と、前記挿入位置から離れた退出位置との間で変位可能に設けられる開閉部、および前記試料ステージの動作時に前記出射端部よりも先に前記試料と接触可能な接触位置に設けられる接触部を有する変位部材と、
前記変位部材を変位させる駆動手段と、
前記試料と前記接触部との接触有無を検知する検知手段と、
を備えることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項２】
前記駆動手段は、少なくとも前記試料ステージの傾斜軸に平行な移動方向に前記変位部材を変位させるアクチュエータを備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項３】
前記駆動手段は、少なくとも前記試料ステージの傾斜に干渉しない範囲で前記変位部材を変位させるアクチュエータを備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項４】
前記試料室および前記駆動手段と、前記変位部材との間を電気的に絶縁する電気絶縁部材を備え、
前記検知手段は、
前記試料室の外部から前記変位部材に電圧を印加する電源と、
前記試料と前記試料室とを電気的に接続する電気接続部材と、を備え、
前記試料と前記接触部との接触有無を前記試料と前記接触部との導通有無によって検知する、
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項５】
前記試料室および前記駆動手段と、前記変位部材との間を熱的に絶縁する熱絶縁部材と、
前記変位部材を前記試料よりも低温に冷却する冷却手段と、
を備えることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項６】
前記冷却手段は、
前記試料の近傍に配置される冷却部材と、
前記冷却部材と前記変位部材とを熱的に接続する熱接続部材と、
を備えることを特徴とする請求項５に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項７】
前記試料の透過荷電粒子または散乱荷電粒子を検出して実像と回折像の強度分布を得る結像系を備え、
前記変位部材は、
前記挿入位置と前記退出位置との間で変位可能に設けられる絞り部を備え、
前記絞り部には前記挿入位置において前記荷電粒子ビームを通過させる絞り貫通孔が形成されている、
ことを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１項に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項８】
前記荷電粒子ビーム鏡筒として、前記試料に電子ビームを照射する電子ビーム鏡筒と、前記試料に集束イオンビームを照射する集束イオンビーム鏡筒と、
を備えることを特徴とする請求項１から請求項７の何れか１項に記載の荷電粒子ビーム装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子ビーム装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子ビーム鏡筒および集束イオンビーム鏡筒と、電子ビーム鏡筒の対物レンズの開口部を開閉する回転型のシャッターとを備える複合荷電粒子ビーム装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−３１４９４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術に係る複合荷電粒子ビーム装置は、試料に集束イオンビームを照射する加工時などにおいて、対物レンズの開口をシャッターによって閉じることにより、スパッタ粒子およびガスなどの浮遊粒子が対物レンズまたは電子ビーム鏡筒の内部に付着することを防ぐことができる。
ところで、上記従来技術に係る複合荷電粒子ビーム装置においては、試料または用途の多様化などに応じて各種の試料ホルダが用いられるので、試料ホルダ毎に試料ステージの異なる動作を制御する必要が生じる。しかしながら、試料ホルダに対する試料の取り付けまたは試料ホルダの選択などに人為的なミスが生じる場合には、試料ステージを適正に動作させることが困難であり、電子ビーム鏡筒に試料が接触してしまう虞がある。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、人為的なミスなどに起因して電子ビーム鏡筒に試料が接触することを防止することが可能な荷電粒子ビーム装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明の一態様は、試料を載置する試料ステージと、前記試料ステージを収容する試料室と、前記試料に荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム鏡筒と、前記荷電粒子ビーム鏡筒の出射端部と前記試料ステージとの間の挿入位置と、前記挿入位置から離れた退出位置との間で変位可能に設けられる開閉部、および前記試料ステージの動作時に前記出射端部よりも先に前記試料と接触可能な接触位置に設けられる接触部を有する変位部材と、前記変位部材を変位させる駆動手段と、前記試料と前記接触部との接触有無を検知する検知手段と、を備えることを特徴とする荷電粒子ビーム装置である。
【０００７】
（２）また、本発明の一態様は、（１）に記載の荷電粒子ビーム装置において、前記駆動手段は、少なくとも前記試料ステージの傾斜軸に平行な移動方向に前記変位部材を変位させるアクチュエータを備えることを特徴とする。
（３）また、本発明の一態様は、（１）に記載の荷電粒子ビーム装置において、前記駆動手段は、少なくとも前記試料ステージの傾斜に干渉しない範囲で前記変位部材を変位させるアクチュエータを備えることを特徴とする。
【０００８】
（４）また、本発明の一態様は、（１）から（３）の何れか１つに記載の荷電粒子ビーム装置において、前記試料室および前記駆動手段と、前記変位部材との間を電気的に絶縁する電気絶縁部材を備え、前記検知手段は、前記試料室の外部から前記変位部材に電圧を印加する電源と、前記試料と前記試料室とを電気的に接続する電気接続部材と、を備え、前記試料と前記接触部との接触有無を前記試料と前記接触部との導通有無によって検知することを特徴とする。
【０００９】
（５）また、本発明の一態様は、（１）から（４）の何れか１つに記載の荷電粒子ビーム装置において、前記試料室および前記駆動手段と、前記変位部材との間を熱的に絶縁する熱絶縁部材と、前記変位部材を前記試料よりも低温に冷却する冷却手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
（６）また、本発明の一態様は、（５）に記載の荷電粒子ビーム装置において、前記冷却手段は、前記試料の近傍に配置される冷却部材と、前記冷却部材と前記変位部材とを熱的に接続する熱接続部材と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
（７）また、本発明の一態様は、（１）から（６）の何れか１つに記載の荷電粒子ビーム装置において、前記試料の透過荷電粒子または散乱荷電粒子を検出して実像と回折像の強度分布を得る結像系を備え、前記変位部材は、前記挿入位置と前記退出位置との間で変位可能に設けられる絞り部を備え、前記絞り部には前記挿入位置において前記荷電粒子ビームを通過させる絞り貫通孔が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
（８）また、本発明の一態様は、（１）から（７）の何れか１つに記載の荷電粒子ビーム装置において、前記荷電粒子ビーム鏡筒として、前記試料に電子ビームを照射する電子ビーム鏡筒と、前記試料に集束イオンビームを照射する集束イオンビーム鏡筒と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の荷電粒子ビーム装置によれば、挿入位置と退出位置との間で変位する開閉部を備えるので、スパッタ粒子およびガスなどの浮遊粒子が荷電粒子ビーム鏡筒の内部に侵入して付着することを防ぐことができる。試料ステージの動作時に荷電粒子ビーム鏡筒の出射端部よりも先に試料と接触可能な接触位置に設けられる接触部を備えるので、人為的なミスなどが生じても荷電粒子ビーム鏡筒に試料が接触することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の一部の概略構成を示す側面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置のシャッター機構を拡大して示す斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置のシャッター機構および試料台の概略構成を示す側面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の変位部材を試料ステージ側から見た平面図であり、開閉部が挿入位置において出射端部の開口を閉塞する状態を示す図である。
【図６】本発明の実施形態の第１変形例に係る荷電粒子ビーム装置の変位部材を試料ステージ側から見た平面図であり、開閉部が挿入位置において出射端部の開口を閉塞する状態を示す図である。
【図７】本発明の実施形態の第２変形例に係る荷電粒子ビーム装置の変位部材を試料ステージ側から見た平面図であり、観察部が挿入位置において出射端部の開口の一部を覆う状態を示す図である。
【図８】本発明の実施形態の第３変形例に係る荷電粒子ビーム装置の変位部材を試料ステージ側から見た平面図であり、絞り部が挿入位置において出射端部の開口の大部分を覆う状態を示す図である。
【図９】本発明の実施形態の第３変形例に係る荷電粒子ビーム装置として電子ビーム鏡筒を備える透過型電子顕微鏡の実像モードおよび電子回折像モードにおける電子ビームの経路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置について添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１０の概略構成を示す斜視図である。図２は、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１０の概略構成の一部を示す側面図である。図３は、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１０のシャッター機構２０を拡大して示す斜視図である。図４は、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１０のシャッター機構２０および試料台１２の概略構成を示す側面図である。
【００１６】
本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１０は、内部を減圧状態に維持可能な試料室１１と、試料室１１の内部で試料Ｓを固定する試料台１２と、試料室１１に固定される電子ビーム鏡筒１３および集束イオンビーム鏡筒１４と、を備えている。荷電粒子ビーム装置１０は、試料室１１に固定される検出器、例えば、二次荷電粒子検出器１５およびＥＤＳ検出器１６を備えている。荷電粒子ビーム装置１０は、試料Ｓの表面にガスを供給するガス供給部１７と、試料台１２に固定された試料Ｓから試料片ホルダ（図示略）に微小な試料片（図示略）を移設するニードル１８と、試料Ｓの近傍に配置される冷却部材１９と、を備えている。荷電粒子ビーム装置１０は、電子ビーム鏡筒１３の出射端部１３ａに対するシャッター機構２０を備えている。荷電粒子ビーム装置１０は、試料室１１の外部において荷電粒子ビーム装置１０の動作を統合的に制御する制御装置２１と、制御装置２１に接続される入力デバイス２２、表示装置２３、および導通センサ２４と、を備えている。
なお、以下において、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸は３次元直交座標系を成し、Ｘ軸およびＹ軸は、荷電粒子ビーム装置１０の上下方向に直交する基準面（例えば、水平面など）に平行であり、Ｚ軸は上下方向（例えば、水平面に直交する鉛直方向など）に平行である。
また、電子ビーム鏡筒１３および集束イオンビーム鏡筒１４の照射対象は、試料Ｓに限らず、試料片、試料片ホルダ、および照射領域内に存在するニードル１８などであってもよい。
【００１７】
試料室１１は、所望の減圧状態を維持可能な気密構造の耐圧筐体によって形成されている。試料室１１は、排気装置（図示略）によって内部を所望の減圧状態になるまで排気可能である。
試料台１２は、試料Ｓが載置される試料ステージ３１と、試料ステージ３１をＺ軸に平行な回転軸の軸周りに回転駆動する第１回転機構３２と、試料ステージ３１および第１回転機構３２を支持する第１支持部３３と、を備えている。試料台１２は、第１支持部３３をＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の各々に沿って平行に移動させるステージ移動機構３４と、第１支持部３３およびステージ移動機構３４を支持する第２支持部３５と、を備えている。試料台１２は、第２支持部３５をＸ軸に平行な傾斜軸Ｔの軸周りに回転駆動する第２回転機構３６を備えている。第２回転機構３６は、試料室１１に固定されている。第２回転機構３６は、試料ステージ３１をＹ軸に対して任意の角度に傾斜させる。第１回転機構３２、ステージ移動機構３４、および第２回転機構３６の各々は、荷電粒子ビーム装置１０の動作モードなどに応じて制御装置２１から出力される制御信号によって制御される。
【００１８】
試料台１２は、試料ステージ３１に固定される照射対象に電気的に接続される第１端子１２ａを備えている。第１端子１２ａは、例えば、試料ステージ３１に固定される照射対象の表面に接触することによって電気的に接続される。試料台１２は、試料ステージ３１に固定される照射対象から離れた位置に設けられる第２端子１２ｂと、第１端子１２ａおよび第２端子１２ｂを電気的に接続する配線１２ｃと、を備えている。試料台１２の第２端子１２ｂは、例えば、ケーブルなどの電気接続部材３７によって、試料室１１に設けられる端子１１ａに電気的に接続されている。
【００１９】
電子ビーム鏡筒１３は、試料室１１の内部における所定の照射領域内の照射対象に電子ビーム（ＥＢ）を照射する。電子ビーム鏡筒１３は、例えば、電子ビームの出射端部１３ａをＺ軸方向で試料ステージ３１に臨ませるとともに、電子ビームの光軸をＺ軸方向に平行にして、試料室１１に固定されている。電子ビーム鏡筒１３は、電子を発生させる電子源と、電子源から射出された電子を集束および偏向させる電子光学系と、を備えている。電子光学系は、例えば、電磁レンズおよび偏向器などを備えている。電子源および電子光学系は、電子ビームの照射位置および照射条件などに応じて制御装置２１から出力される制御信号によって制御される。
【００２０】
集束イオンビーム鏡筒１４は、試料室１１の内部における所定の照射領域内の照射対象に集束イオンビーム（ＦＩＢ）を照射する。集束イオンビーム鏡筒１４は、例えば、集束イオンビームの出射端部１４ａをＺ軸に対して所定角度傾斜した傾斜方向で試料ステージ３１に臨ませるとともに、集束イオンビームの光軸を傾斜方向に平行にして、試料室１１に固定されている。集束イオンビーム鏡筒１４は、イオンを発生させるイオン源と、イオン源から引き出されたイオンを集束および偏向させるイオン光学系と、を備えている。イオン光学系は、例えば、コンデンサレンズなどの第１静電レンズと、静電偏向器と、対物レンズなどの第２静電レンズと、などを備えている。イオン源およびイオン光学系は、集束イオンビームの照射位置および照射条件などに応じて制御装置２１から出力される制御信号によって制御される。イオン源は、例えば、液体ガリウムなどを用いた液体金属イオン源、プラズマ型イオン源、およびガス電界電離型イオン源などである。
【００２１】
荷電粒子ビーム装置１０は、照射対象の表面に集束イオンビームを走査しながら照射することによって、被照射部の画像化と、スパッタリングによる各種の加工（掘削、トリミング加工など）と、デポジション膜の形成となどを実行可能である。荷電粒子ビーム装置１０は、試料Ｓから透過電子顕微鏡による透過観察用の試料片（例えば、薄片試料および針状試料など）、および電子ビームによる分析用の分析試料片などを形成する加工を実行可能である。荷電粒子ビーム装置１０は、試料片ホルダに移設された試料片を、透過電子顕微鏡による透過観察に適した所望の厚さの薄膜とする加工を実行可能である。荷電粒子ビーム装置１０は、試料Ｓ、試料片、およびニードル１８などの照射対象の表面に集束イオンビームまたは電子ビームを走査しながら照射することによって、照射対象の表面の観察を実行可能である。
なお、電子ビーム鏡筒１３および集束イオンビーム鏡筒１４は相互の配置を入れ替えるように、電子ビーム鏡筒１３を傾斜方向に配置し、集束イオンビーム鏡筒１４をＺ軸方向に配置してもよい。
【００２２】
二次荷電粒子検出器１５は、集束イオンビームまたは電子ビームの照射によって照射対象から発生する二次荷電粒子（二次電子、二次イオン）を検出する。ＥＤＳ検出器１６は、電子ビームの照射によって照射対象から発生するＸ線を検出する。二次荷電粒子検出器１５およびＥＤＳ検出器１６の各々は制御装置２１に接続されており、二次荷電粒子検出器１５およびＥＤＳ検出器１６から出力される検出信号は制御装置２１に送信される。
荷電粒子ビーム装置１０は、二次荷電粒子検出器１５およびＥＤＳ検出器１６に限らず、他の検出器を備えてもよい。他の検出器は、例えば、反射電子検出器、およびＥＢＳＤ検出器などである。反射電子検出器は、電子ビームの照射によって照射対象から反射される反射電子を検出する。ＥＢＳＤ検出器は、電子ビームの照射によって照射対象から発生する電子線後方散乱回折パターンを検出する。なお、二次荷電粒子検出器１５のうち二次電子を検出する二次電子検出器と、反射電子検出器とは、電子ビーム鏡筒１３の筐体内に収容されてもよい。
【００２３】
ガス供給部１７は、試料室１１に固定されている。ガス供給部１７は、試料ステージ３１に臨ませて配置されるガス噴射部（ノズル）を備えている。ガス供給部１７は、エッチング用ガスおよびデポジション用ガスなどを照射対象に供給する。エッチング用ガスは、集束イオンビームによる照射対象のエッチングを照射対象の材質に応じて選択的に促進するために用いられる。デポジション用ガスは、照射対象の表面に金属または絶縁体などの堆積物によるデポジション膜を形成するために用いられる。
ニードル１８は、例えば、試料台１２とは独立して設けられるニードル駆動機構１８ａによって試料室１１内を変位させられる。ニードル１８は、試料台１２に固定された試料Ｓから微小な試料片を取り出し、試料片を保持して試料片ホルダに移設する。
ガス供給部１７およびニードル駆動機構１８ａの各々は、荷電粒子ビーム装置１０の動作モードなどに応じて制御装置２１から出力される制御信号によって制御される。
【００２４】
冷却部材１９は、例えば、試料室１１に固定されている。冷却部材１９は、試料室１１の外部に設けられる液体窒素容器の冷却棒に熱伝導部材を介して熱的に接続されている。冷却部材１９は、照射対象よりも低温に冷却された状態で照射対象の近傍に配置されることによって、スパッタ粒子およびガスなどの浮遊粒子を吸着し、照射対象のコンタミネーションを抑制する。
【００２５】
シャッター機構２０は、第１支持部材４１と、駆動機構４２と、絶縁部材４３と、第２支持部材４４と、変位部材４５と、を備えている。
第１支持部材４１は、試料室１１に固定されている。第１支持部材４１の外形は、例えば、Ｘ軸方向に伸びる棒状に形成されている。第１支持部材４１のＸ軸方向における先端部４１ａは、試料室１１の内部において駆動機構４２を支持している。第１支持部材４１は、試料室１１の外部に設けられる端子４１ｂに電気的に接続されるケーブル４６を内部に保持している。
【００２６】
駆動機構４２は、少なくとも電子ビーム鏡筒１３の光軸に交差する平面内の任意の１軸方向に駆動するアクチュエータ、例えば、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に駆動する２軸のアクチュエータ５１を備えている。アクチュエータ５１は、例えば、圧電アクチュエータである。アクチュエータ５１は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の各々に伸びる第１ガイドレール５２および第２ガイドレール５３と、第１ガイドレール５２および第２ガイドレール５３の各々に沿って移動する第１スライダ５４および第２スライダ５５と、を備えている。アクチュエータ５１は、荷電粒子ビーム装置１０の動作モードなどに応じて制御装置２１から出力される制御信号によって制御される。
【００２７】
絶縁部材４３は、駆動機構４２と第２支持部材４４との間に配置されている。絶縁部材４３の外形は、例えば、板状に形成されている。絶縁部材４３は、例えば、樹脂またはセラミックスなどの電気絶縁性および熱絶縁性が高い材料により形成されている。絶縁部材４３は、駆動機構４２および試料室１１と、第２支持部材４４および変位部材４５との間を、電気的および熱的に絶縁する。
【００２８】
第２支持部材４４は、絶縁部材４３を介して駆動機構４２に固定されている。第２支持部材４４の外形は、例えば、Ｘ軸方向に伸びる板状に形成されている。第２支持部材４４は、例えば、導電性の表面被覆を有する樹脂材料または非磁性の金属材料などの導電性を有する材料により形成されている。第２支持部材４４のＸ軸方向における電子ビーム鏡筒１３に近い側の第１端部４４ａは、変位部材４５を支持している。第２支持部材４４のＸ軸方向における電子ビーム鏡筒１３に遠い側の第２端部４４ｂは、ケーブル４６に電気的に接続されている。これにより第２支持部材４４は、試料室１１の外部に設けられる端子４１ｂに電気的に接続される。第２端部４４ｂは、アルミニウムおよび銅などの熱伝導率が大きい材料により形成された撚線またはリボンなどの熱伝導部材４７によって冷却部材１９に熱的に接続されている。これにより第２支持部材４４は、冷却部材１９によって照射対象よりも低温に冷却される。なお、第２端部４４ｂは、熱伝導部材４７の代わりに、冷却ガスが循環する冷却チューブなどが熱的に接続されてもよい。ケーブル４６、熱伝導部材４７、および冷却チューブなどは、駆動機構４２による第２支持部材４４および変位部材４５の駆動に干渉しないように設けられている。
第２支持部材４４は、駆動機構４２によってＸ軸方向またはＹ軸方向に変位する場合であっても、電子ビーム鏡筒１３から照射対象に照射される電子ビームに干渉しないように、電子ビーム鏡筒１３の出射端部１３ａと試料ステージ３１との間から離れた位置に配置されている。
【００２９】
図５は、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１０のシャッター機構２０の変位部材４５を試料ステージ３１側から見た平面図であり、開閉部６１が挿入位置において出射端部１３ａの開口１３ｂを閉塞する状態を示す図である。
変位部材４５は、第２支持部材４４に固定されている。変位部材４５の形状は、例えば、Ｘ軸方向に伸びる板状に形成されている。変位部材４５は、例えば、チタンなどの非磁性の金属材料または導電性の表面被覆を有する樹脂材料などのように導電性を有する非磁性の材料により形成されている。
【００３０】
変位部材４５は、電子ビーム鏡筒１３の出射端部１３ａと試料ステージ３１との間の挿入位置と、挿入位置から離れた退出位置との間で変位可能に設けられる開閉部６１を備えている。挿入位置は、例えば、電子ビーム鏡筒１３の出射端部１３ａに形成されている開口１３ｂに対するＺ軸方向での直前位置などのように、開閉部６１が出射端部１３ａの開口を閉塞するような位置である。退出位置は、例えば、出射端部１３ａの開口１３ｂに対するＺ軸方向での直前位置からＸ軸方向にずれた位置などのように、開閉部６１による出射端部１３ａの開口１３ｂの閉塞が解除されるような位置である。開閉部６１は、例えば、駆動機構４２によるＸ軸方向での変位部材４５の駆動に応じて、挿入位置と退出位置との間で変位する。
【００３１】
開閉部６１は、例えば、集束イオンビーム鏡筒１４から照射対象に集束イオンビームが照射される場合などに、駆動機構４２による変位部材４５の駆動によって挿入位置に配置される。これにより開閉部６１は、電子ビーム鏡筒１３の出射端部１３ａの開口１３ｂを閉塞するように配置され、例えば、照射対象から発生するスパッタ粒子およびガスなどの浮遊粒子が電子ビーム鏡筒１３の内部に侵入して、対物レンズなどに付着するような内部汚損の発生を防ぐ。
開閉部６１は、例えば、照射対象に対する集束イオンビームの照射終了後などにおいて、電子ビーム鏡筒１３から照射対象に電子ビームが照射される場合などに、駆動機構４２による変位部材４５の駆動によって退出位置に配置される。これにより開閉部６１は、出射端部１３ａの開口１３ｂを開放するように配置され、例えば、電子ビーム鏡筒１３による照射対象に対する電子ビームの照射および照射対象から発生する二次電子の二次荷電粒子検出器１５による観察に干渉しないように配置される。
【００３２】
変位部材４５は、試料ステージ３１の動作時に電子ビーム鏡筒１３の出射端部１３ａよりも先に照射対象と接触可能な接触位置に設けられる接触部６２を備えている。接触位置は、例えば、電子ビーム鏡筒１３の出射端部１３ａに対するＺ軸方向での直前位置の周辺などのように、出射端部１３ａと試料ステージ３１との間において電子ビーム鏡筒１３から照射対象に照射される電子ビームに干渉せずに出射端部１３ａに近接する位置である。接触部６２は、変位部材４５のＸ軸方向における電子ビーム鏡筒１３に近い側の先端部に設けられている。接触部６２の外形は、例えば、円環板状に形成されており、接触部６２には、電子ビーム鏡筒１３から照射対象に照射される電子ビームを通過させる貫通孔６２ａが形成されている。貫通孔６２ａの大きさは、例えば、電子ビーム鏡筒１３の出射端部１３ａよりも大きいなどのように、電子ビーム鏡筒１３から照射対象に照射される電子ビームに干渉しない大きさである。接触部６２は、例えば、開閉部６１が退出位置に配置される場合に貫通孔６２ａが挿入位置に配置されるように、開閉部６１に対する相対位置が設定されている。
変位部材４５は、第２支持部材４４およびケーブル４６を介して、試料室１１の外部の端子４１ｂに電気的に接続されるので、接触部６２と照射対象との接触有無に応じた電気特性の変化は、試料室１１の外部で端子４１ｂに接続される導通センサ２４によって検出される。
【００３３】
制御装置２１は、入力デバイス２２から出力される信号または予め設定された自動運転制御処理によって生成される信号などによって、荷電粒子ビーム装置１０の動作を統合的に制御する。入力デバイス２２は、操作者の入力操作に応じた信号を出力するマウスおよびキーボードなどである。
制御装置２１は、自動的なシーケンス制御におけるモード選択および加工設定などの各種の設定を行なうための画面を、表示装置２３に表示させる。制御装置２１は、二次荷電粒子検出器１５およびＥＤＳ検出器１６などの各種の検出器によって検出される状態量に基づいて生成する画像データを、画像データの操作画面とともに表示装置２３に表示させる。制御装置２１は、例えば、電子ビームまたは集束イオンビームの照射位置を走査しながら二次荷電粒子検出器１５によって検出される二次荷電粒子の検出量を、照射位置に対応付けた輝度信号に変換して、二次荷電粒子の検出量の２次元位置分布によって照射対象の形状を示す画像データを生成する。制御装置２１は、生成した画像データとともに、各画像データの拡大、縮小、移動、および回転などの操作を実行するための画面を、表示装置２３に表示させる。
【００３４】
導通センサ２４は、変位部材４５の接触部６２と試料台１２に固定される照射対象との間の導通に関する電気特性を検出する。導通センサ２４は、例えば、変位部材４５に通電する通電回路と、変位部材４５と試料室１１との間に設置される抵抗計となどを備え、変位部材４５と照射対象との導通に関する電気特性として電気抵抗値を検出し、電気抵抗値信号を制御装置２１に送信する。制御装置２１は、導通センサ２４によって検出された電気抵抗値が予め定めた抵抗値よりも大きい場合に、変位部材４５と照射対象との導通が無く、変位部材４５の接触部６２と照射対象とが接触していないと判断する。制御装置２１は、導通センサ２４によって検出された電気抵抗値が予め定めた抵抗値以下の場合に、変位部材４５と照射対象とが電気的に接続され、変位部材４５の接触部６２と照射対象とが接触したと判断する。制御装置２１は、試料台１２の駆動時に変位部材４５と照射対象とが接触したと判断した場合には、試料台１２の駆動を停止することによって、電子ビーム鏡筒１３の出射端部１３ａに照射対象が接触することを防ぐ。
なお、導通センサ２４は、上述の電気抵抗値に限らず、例えば、電流または電圧などのように、変位部材４５と照射対象との間の電気特性の変化を検知することができる状態量を検出してもよい。
【００３５】
上述したように、本実施形態の荷電粒子ビーム装置１０によれば、駆動機構４２の駆動によって挿入位置と退出位置との間で変位する開閉部６１を備えるので、スパッタ粒子およびガスなどの浮遊粒子が電子ビーム鏡筒１３の内部に侵入して付着することを防ぐことができる。試料ステージ３１の動作時に電子ビーム鏡筒１３の出射端部１３ａよりも先に試料Ｓなどの照射対象と接触可能な接触位置に設けられる接触部６２を備えるので、人為的なミスなどが生じても電子ビーム鏡筒１３に試料Ｓなどの照射対象が接触することを防止することができる。
駆動機構４２は、少なくとも試料ステージ３１の傾斜軸Ｔに平行な移動方向に変位部材４５を変位させるアクチュエータ５１を備えるので、傾斜軸Ｔの軸周りにおける試料台１２の回転に対して変位部材４５の駆動が干渉することを抑制することができる。
接触部６２の外形は円環板状に形成されているので、例えば、傾斜軸Ｔの軸周りにおける試料台１２の回転に伴う、電子ビーム鏡筒１３の出射端部１３ａに対する所定の接近方向での照射対象の接近に加えて、出射端部１３ａに対する任意の接近方向に対しても照射対象の接触有無を検知することができる。これにより、例えば照射対象の表面の凹凸などに起因して、Ｘ軸およびＹ軸に平行な平面内の任意の接近方向において照射対象が出射端部１３ａに接近する場合であっても、照射対象と出射端部１３ａとの接触が生じることを防ぐことができる。
試料室１１および駆動機構４２と、変位部材４５との間を電気的に絶縁するとともに、照射対象と試料室１１とを電気的に接続するので、変位部材４５と照射対象との導通に関する電気特性の変化によって、変位部材４５と照射対象との接触有無を容易に精度良く検知することができる。
試料室１１および駆動機構４２と、変位部材４５との間を熱的に絶縁するので、冷却部材１９によって変位部材４５を照射対象よりも低温に冷却する場合であっても、駆動機構４２が冷却されることを防ぎ、駆動機構４２のスムースな動作を確保することができる。
【００３６】
以下、上述した実施形態の変形例について添付図面を参照しながら説明する。
図６は、上述した実施形態の第１変形例に係る荷電粒子ビーム装置１０の変位部材４５を試料ステージ３１側から見た平面図であり、開閉部６１が挿入位置において出射端部１３ａの開口１３ｂを閉塞する状態を示す図である。
上述した実施形態において、変位部材４５の接触部６２の外形は、円環板状に形成されることによって、接触部６２は、電子ビーム鏡筒１３の出射端部１３ａの周辺に対する照射対象の任意の接近方向において出射端部１３ａよりも先に照射対象と接触可能になるとしたが、これに限定されない。接触部６２の外形は、例えば、接触部６２が所定の接近方向において出射端部１３ａよりも先に照射対象と接触可能になるような形状に形成されてもよい。
【００３７】
第１変形例に係る接触部６２の外形は、試料ステージ３１がＹ軸に対して傾斜する際に傾斜軸Ｔの軸周りにおける試料台１２の回転方向が所定方向（例えば、図２に示す時計回り方向）に設定されることに応じて、この所定方向に対して接触部６２が出射端部１３ａよりも先に照射対象と接触可能になるような形状に形成されている。第１変形例に係る接触部６２は、例えば、開閉部６１のＹ軸方向における集束イオンビーム鏡筒１４に遠い側の端部６１ａからＸ軸方向に突出する突出部６２ｂを備えている。突出部６２ｂは、例えば、出射端部１３ａに対するＺ軸方向での直前位置からＹ軸方向にずれた周辺などのように、電子ビーム鏡筒１３から照射対象に照射される電子ビームに干渉せずに出射端部１３ａに近接する位置に配置されている。
【００３８】
第１変形例によれば、傾斜軸Ｔの軸周りにおける試料台１２の回転に対して、接触部６２が出射端部１３ａよりも先に照射対象と接触可能となるように設定することができ、照射対象と出射端部１３ａとの接触が生じることを防ぐことができる。
【００３９】
図７は、本発明の実施形態の第２変形例に係る荷電粒子ビーム装置１０の変位部材４５を試料ステージ３１側から見た平面図であり、観察部６３が挿入位置において出射端部１３ａの開口１３ｂの一部を覆う状態を示す図である。
上述した実施形態において、変位部材４５は開閉部６１および接触部６２を備えるとしたが、これに限定されない。変位部材４５は、電子ビーム鏡筒１３から照射対象に照射される電子ビームまたは照射対象から発生する二次荷電粒子の一部を遮るような観察部６３を備えてもよい。
第２変形例に係る変位部材４５は、例えば、開閉部６１と接触部６２との間に観察部６３を備えている。観察部６３には、少なくとも照射対象から発生する二次荷電粒子の一部を通過させる観察貫通孔６３ａが形成されている。観察貫通孔６３ａの大きさは、例えば、電子ビーム鏡筒１３から照射対象に照射される電子ビームに干渉せずに、照射対象から発生する二次荷電粒子の一部を通過させるように、接触部６２の貫通孔６２ａよりも小さく形成されている。
第２変形例に係る変位部材４５は、例えば、駆動機構４２によるＸ軸方向での変位部材４５の駆動に応じて、開閉部６１、接触部６２、および観察部６３の各々を、挿入位置と、挿入位置から離れた位置との間で変位可能に設けられている。
【００４０】
第２変形例によれば、スパッタ粒子およびガスなどの浮遊粒子が電子ビーム鏡筒１３の内部に侵入して付着することを、より一層、防ぐことができる。
【００４１】
図８は、本発明の実施形態の第３変形例に係る荷電粒子ビーム装置１０の変位部材４５を試料ステージ３１側から見た平面図であり、絞り部６４が挿入位置において出射端部１３ａの開口の大部分を覆う状態を示す図である。
上述した実施形態において、変位部材４５は開閉部６１および接触部６２を備えるとしたが、これに限定されない。変位部材４５は、電子ビーム鏡筒１３から照射対象に照射される電子ビームを絞るための絞り部６４を備えてもよい。この絞り部６４を備える変位部材４５は、例えば、電子ビーム鏡筒１３が走査型電子顕微鏡および透過型電子顕微鏡などの電子顕微鏡を構成するとともに、位相回復処理が実行される場合に用いられる。
【００４２】
第３変形例に係る変位部材４５は、例えば、開閉部６１と接触部６２との間に絞り部６４を備えている。絞り部６４には、電子ビーム鏡筒１３から照射対象に照射される電子ビームの一部を通過させる微小な絞り貫通孔６４ａが形成されている。絞り貫通孔６４ａの大きさは、例えば、出射端部１３ａの開口１３ｂの直径が数ｍｍ程度であることに対して、絞り貫通孔６４ａの直径が数μｍから数十μｍ程度となるように形成されている。
第３変形例に係る変位部材４５は、例えば、駆動機構４２によるＸ軸方向での変位部材４５の駆動に応じて、開閉部６１、接触部６２、および絞り部６４の各々を、挿入位置と、挿入位置から離れた位置との間で変位可能に設けられている。
【００４３】
変位部材４５の絞り部６４は、いわゆる制限視野回折における制限視野絞りとして用いられる。絞り部６４は、電子ビーム鏡筒１３から照射対象に電子ビームを照射して、照射対象からの二次電子または透過電子を検出する場合において、電子回折像の観察時に挿入位置に配置され、実像の観察時に挿入位置から離れた位置に配置される。絞り部６４は、例えば、実像の観察時に挿入位置から離れた位置に配置される場合に、接触部６２の貫通孔６２ａが挿入位置に配置されるように、接触部６２に対する相対位置が設定されている。
挿入位置に配置された絞り部６４は、位相回復処理における実空間上の拘束条件として、照射対象を含む観察領域と、観察領域の外側においてゼロポテンシャルとなる外側領域とを形成することによって、位相回復処理の収束性を向上させる。電子回折像の観察時には、電子ビームをレンズによって広げて、所望の視野を絞り部６４によって選択するので、電子ビームの照射密度を低減しながら、均一な強度分布とし、電子回折像の分解能を増大させることができる。
なお、位相回復処理は、先ず、ランダムに生成した実空間の実像をフーリエ変換して逆空間の電子回折像を生成する。そして、生成した電子回折像の振幅を、実験的に取得した電子回折像（逆空間）の振幅で置き換え、逆フーリエ変換によって実像（実空間）を再構成する。このように、フーリエ変換と逆フーリエ変換とを繰り返すことによって、実像の位相情報を回復する。
【００４４】
図９は、上述した実施形態の第３変形例に係る荷電粒子ビーム装置１０として電子ビーム鏡筒１３を備える透過型電子顕微鏡の実像モードおよび電子回折像モードにおける電子ビームの経路を示す図である。
第３変形例に係る荷電粒子ビーム装置１０は、実像および電子回折像の強度分布を得るための結像系の少なくとも一部を構成する電子ビーム鏡筒１３と、電子ビームの照射による照射対象の透過電子を検出する検出器７１と、検出器７１による透過電子の検出を可能にするように照射対象（試料Ｓなど）を保持する試料ホルダ７２と、を備えている。
【００４５】
実像モードの場合、電子源８１から放出された電子ビーム８２は、照射レンズ８３によって収束された後に、コンデンサー絞り８４によって小さな照射角度を有する部分のみにカットされ、さらに対物レンズ８５によってサブｎｍ径の細い電子ビーム８２に収束される。この電子ビーム８２は、走査コイル８６によって試料Ｓのうちの数十ｎｍ径の照射領域８７に走査しながら照射される。照射領域８７で散乱され透過した透過電子は、対物レンズ８８を介して検出器７１によって検出される。検出器７１の直前に配置された検出角度制限絞り８９は、検出器７１によって検出される透過電子の検出角度範囲を設定する。
【００４６】
電子回折像モードの場合、電子源８１から放出された電子ビーム８２は、照射レンズ８３によって広げられた後に、コンデンサー絞り８４によって均一な明るさを有する部分のみにカットされる。コンデンサー絞り８４を通過した電子ビーム８２は、対物レンズ８５によって平行にされる。このとき走査コイル８６による電子ビーム８２の走査は行われない。試料Ｓの直上の挿入位置には、駆動機構４２によるＸ軸方向での変位部材４５の駆動に応じて、絞り部６４の絞り貫通孔６４ａが配置される。絞り貫通孔６４ａの形状は、実像モードの場合の照射領域８７の形状と一致するように形成されており、絞り部６４でカットされた後の電子ビーム８２は、実像モードの場合と同一の照射領域８７に照射される。
【００４７】
第３変形例によれば、絞り部６４の絞り貫通孔６４ａによって、位相回復処理の収束性を向上させ、電子回折像の観察時に電子ビームの照射密度を低減しながら、均一な強度分布とし、電子回折像の分解能を増大させることができる。
【００４８】
なお、上記の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。例えば、上述した実施形態では、傾斜軸Ｔに平行な移動方向に変位部材４５を変位させるアクチュエータ５１を備えることによって、傾斜軸Ｔの軸周りにおける試料台１２の傾斜に対して変位部材４５の駆動が干渉することを抑制するとしたが、これに限定されない。アクチュエータ５１は、傾斜軸Ｔに平行な移動方向でなくても、傾斜軸Ｔの軸周りにおける試料台１２の傾斜に干渉しない範囲で変位部材４５を変位させてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１０…荷電粒子ビーム装置、１１…試料室、１２…試料台、１３…電子ビーム鏡筒、１３ａ…出射端部、１３ｂ…開口、１４…集束イオンビーム鏡筒、１５…二次荷電粒子検出器、１６…ＥＤＳ検出器、１７…ガス供給部、１８…ニードル、１９…冷却部材、２０…シャッター機構、２１…制御装置、２２…入力デバイス、２３…表示装置、２４…導通センサ、４２…駆動機構、４３…絶縁部材、４５…変位部材、６１…開閉部、６２…接触部、６２ａ…貫通孔、６２ｂ…突出部、６３…観察部、６３ａ…観察貫通孔、６４…絞り部、６４ａ…絞り貫通孔、Ｓ…試料
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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