(57)【要約】【課題】隔膜１０の破損の恐れがあるほど試料８を近づける必要がなく、隔膜１０と試料８の距離Ｌが変動しても荷電粒子線５の散乱の増加を抑制できる荷電粒子線装置１０１を提供する。【解決手段】荷電粒子線５を放出する放出源１０２と、放出源１０２を収め内部を真空に保持する筐体１０３とを有し、荷電粒子線５を試料８に照射する荷電粒子線装置１０１において、筐体１０３の底面６ａは、試料８の表面に対向し、試料８の表面と略平行になり、筐体１０３の内と外の空間を隔離し荷電粒子線５が透過する隔膜１０が、底面６ａに設けられ、隔膜１０の近傍の底面６ａに真空排気口１２が設けられ、底面６ａと試料８の表面の間の空間４１を減圧にする。真空排気口１２の開口面と、隔膜１０の試料側の表面１０ａとは、同一平面１００上にある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線を放出する放出源と、前記放出源を収め内部を真空に保持する筐体とを有し、前記荷電粒子線を試料に照射する荷電粒子線装置において、
前記筐体の底面は、前記試料の表面に対向し、前記試料の表面と略平行になり、
前記筐体の内と外の空間を隔離し前記荷電粒子線が透過する隔膜が、前記底面に設けられ、
前記隔膜の近傍の前記底面に真空排気口が設けられ、前記底面と前記試料の表面の間の空間を減圧にすることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
前記真空排気口の開口面と、前記隔膜の前記試料側の表面とは、同一平面上にあることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線装置。
【請求項３】
前記真空排気口は、
前記隔膜を取り囲むように配置された内側真空排気口と、
前記内側真空排気口を取り囲むように配置された外側真空排気口とを有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の荷電粒子線装置。
【請求項４】
前記内側真空排気口と前記外側真空排気口の排気系統は、それぞれ個別の真空ポンプを備えることを特徴とする請求項３に記載の荷電粒子線装置。
【請求項５】
前記底面は、平行平板の一方の面であり、
前記平行平板に、前記真空排気口が設けられ、
前記平行平板に設けられた貫通孔に、前記隔膜が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の荷電粒子線装置。
【請求項６】
前記底面に、ガスを放出するガス放出口が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の荷電粒子線装置。
【請求項７】
前記ガスの比重は、空気より軽いことを特徴とする請求項６に記載の荷電粒子線装置。
【請求項８】
前記荷電粒子線の光軸から装置外側の方向に向かって、
前記隔膜、前記真空排気口、前記ガス放出口の順番で配置されていることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の荷電粒子線装置。
【請求項９】
前記底面の端部の近傍に、大気中の埃を吸い込む集塵口が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の荷電粒子線装置。
【請求項１０】
前記試料と前記隔膜との距離を計測する計測器と、
前記試料を載せたまま前記距離を変更することができる試料ステージとを有することを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の荷電粒子線装置。
【請求項１１】
前記試料と前記隔膜との距離を計測する計測器と、
前記隔膜を前記試料に対して移動させ前記距離を変更する隔膜位置駆動部とを有することを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の荷電粒子線装置。
【請求項１２】
前記真空排気口は、前記底面の端部から離れていることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の荷電粒子線装置。
【請求項１３】
前記底面と前記試料の表面の間の距離に対する、前記底面の幅の比は、２０以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の荷電粒子線装置。
【請求項１４】
荷電粒子線を放出する放出源と、前記放出源を収め内部を真空に保持する筐体とを有し、前記筐体の底面は試料の表面に対向し前記試料の表面と略平行になり、前記筐体の内と外の空間を隔離し前記荷電粒子線が透過する隔膜が前記底面に設けられ、前記隔膜の近傍の前記底面に真空排気口が設けられている荷電粒子線装置を用いて、前記荷電粒子線を前記試料に照射する荷電粒子線照射方法において、
前記底面と前記試料の表面とを接近させるステップと、
前記真空排気口により前記底面と前記試料の表面の間の空間を減圧にするステップと、
前記荷電粒子線を、前記放出源から放出し、前記隔膜を透過させて前記試料に照射するステップとを有することを特徴とする荷電粒子線照射方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気圧下に置かれた試料に荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置、及び、荷電粒子線照射方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、微小領域を観察するために、走査電子顕微鏡(ＳＥＭ)、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）、走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）、集束イオンビーム加工観察装置（ＦＩＢ）等の荷電粒子線装置が使用されている。これらの装置では、電子ビームやイオンビーム等の荷電粒子線が、試料に照射される。一般的に、これらの荷電粒子線装置では、試料が配置される空間を真空排気して撮像が行われている。試料を真空下に配置することで、気体分子による散乱を受けることなく電子線を試料に照射させることができる。しかし、半導体ウェーハなどの大面積を有する試料を電子顕微鏡で観察する場合、その大きな試料をまるごと真空下に配置することになるので、それを収め真空排気できる大きな筐体を用意する必要があり、電子顕微鏡自体が非常に大きくなる。
そこで、真空下に置かれる電子光学系と、大気圧下に置かれる試料の間に、電子線が透過可能な隔膜あるいは微小な貫通孔を設けて、真空の空間と大気圧の空間を隔離する電子顕微鏡が提案されている（特許文献１等参照）。また、大気圧下に置かれた試料の上方または側方に差動排気穴を設けて、電子光学系が置かれる真空の空間と、試料が置かれる大気圧の空間とで差動排気を行い、試料近傍の空間の気圧を低下させる電子顕微鏡が提案されている（特許文献２等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−６４４６７号公報
【特許文献２】特開２００７−２７３１８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、隔膜から試料表面までの空間は、大気圧になる。大気圧下では電子線は気体分子によって散乱され、平均自由行程は短くなる。そして、試料表面に電子線が届かなかったり電子線の焦点がぼけたりする。このため、試料を隔膜にできる限り、例えば、平均自由行程以下に、近づける必要がある。しかし、近づけすぎると試料と隔膜が接触し、隔膜が破損する恐れがある。
【０００５】
特許文献２では、電子光学系が置かれる真空の空間と、試料が置かれる大気圧の空間とで差動排気を行っている。このため、例えば、試料が差動排気口から離れ、周辺から差動排気口に流入する空気が増えると、差動排気口における気圧が上昇し、電子光学系が置かれている空間の真空度が悪化する。電子線は気体分子によって散乱されやすくなる。差動排気口（試料周辺）における気圧の変動によらず、電子光学系が置かれている空間の真空度を高く維持するためには、排気量が大きい真空ポンプを用意する必要があり、電子顕微鏡が大きくなってしまう。
【０００６】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、隔膜の破損の恐れがあるほど試料を近づける必要がなく、隔膜と試料の距離が変動しても電子線（荷電粒子線）の散乱の増加を抑制することができる荷電粒子線装置、及び、荷電粒子線照射方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、
荷電粒子線を放出する放出源と、前記放出源を収め内部を真空に保持する筐体とを有し、前記荷電粒子線を試料に照射する荷電粒子線装置において、
前記筐体の底面は、前記試料の表面に対向し、前記試料の表面と略平行になり、
前記筐体の内と外の空間を隔離し前記荷電粒子線が透過する隔膜が、前記底面に設けられ、
前記隔膜の近傍の前記底面に真空排気口が設けられ、前記底面と前記試料の表面の間の空間を減圧にすることを特徴としている。
【０００８】
また、本発明は、
荷電粒子線を放出する放出源と、前記放出源を収め内部を真空に保持する筐体とを有し、前記筐体の底面は試料の表面に対向し前記試料の表面と略平行になり、前記筐体の内と外の空間を隔離し前記荷電粒子線が透過する隔膜が前記底面に設けられ、前記隔膜の近傍の前記底面に真空排気口が設けられている荷電粒子線装置を用いて、前記荷電粒子線を前記試料に照射する荷電粒子線照射方法において、
前記底面と前記試料の表面とを接近させるステップと、
前記真空排気口により前記底面と前記試料の表面の間の空間を減圧にするステップと、
前記荷電粒子線を、前記放出源から放出し、前記隔膜を透過させて前記試料に照射するステップとを有することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、隔膜の破損の恐れがあるほど試料を近づける必要がなく、隔膜と試料の距離が変動しても電子線（荷電粒子線）の散乱の増加を抑制することができる荷電粒子線装置、及び、荷電粒子線照射方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る荷電粒子線装置の構成図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る荷電粒子線装置の構成図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る荷電粒子線装置の構成図である。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る荷電粒子線装置の構成図である。
【図５】本発明の第５の実施形態に係る荷電粒子線装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略している。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１に、本発明の第１の実施形態に係る荷電粒子線装置１０１の構成図を示す。なお、この第１の実施形態を含め、後記で説明する第１〜５の実施形態では、荷電粒子線装置１０１として、電子線装置であるＳＥＭを例に説明するが、本発明は、他の荷電粒子線装置１０１にも適用できる。この荷電粒子線装置１０１によれば、大気圧下に配置された試料８に荷電粒子線５を照射し観察することができる。この荷電粒子線装置（ＳＥＭ）１０１は、電子線（荷電粒子線）５を照射するための電子源（放出源）１０２と、電子源１０２を収め内部を真空に保持する筐体１０３とを有している。筐体１０３は、鏡筒（第１筐体）１と、筐体本体（第２筐体）４と、平行平板（フランジ、第２筐体）６を有している。鏡筒（第１筐体）１には、電子源１０２と、電子線５の軌道を制御する光学レンズ（電子光学系）２とが収められている。筐体本体（第２筐体）４と、フランジ（第２筐体）６とで、内部空間を真空に保持することが可能な第２筐体４、６が構成されている。鏡筒（第１筐体）１と、筐体本体（第２筐体）４とは、Ｏリング等のシール部（真空封じ部）２８を介して、気密に連結されている。筐体本体（第２筐体）４は、下部に開口４ａを有している。この開口４ａを塞ぐように、フランジ（第２筐体）６が、筐体本体（第２筐体）４に、Ｏリング等のシール部（真空封じ部）２９を介して、気密に連結されている。
鏡筒（第１筐体）１と、筐体本体（第２筐体）４には、配管２２が接続されている。その配管２２は、バルブ１５を介して、真空ポンプ１３に接続している。筐体本体（第２筐体）４には、リークさせるためのバルブ７が接続されている。筐体本体（第２筐体）４の内側には、試料８から放出または反射された電子を検出する検出器３が具備されている。なお、検出器３の配置場所は、これに限らず、フランジ（第２筐体）６（隔膜保持部材１１又は隔膜１０）の下側の電子線５の光軸の近傍であってもよい。
【００１３】
フランジ（第２筐体）６の中央には、電子線５が貫通できるように、貫通孔６ｂが設けられている。この貫通孔６ｂを気密に塞ぐように、封止兼固定材２１を用いて、隔膜保持部材１１が、フランジ（第２筐体）６の底面６ａ側に固定されている。隔膜保持部材１１の中央には、電子線５が貫通できるように、貫通孔１１ａが設けられている。この貫通孔１１ａは、隔膜１０によって気密に塞がれている。隔膜１０は、第２筐体（４、６）の内と外の空間を隔離する。また、隔膜１０は、電子線５を透過させる。隔膜１０は、隔膜保持部材１１を介して、フランジ（第２筐体）６の平行平板の一方の面である底面６ａに設けられていると考えられ、第２筐体（４、６）の底面（６ａ）、さらには、筐体１０３の底面（６ａ）に設けられていると考えられる。なお、隔膜１０は、隔膜保持部材１１上に、隔膜１を蒸着等で成膜することで形成することができる。
【００１４】
前記底面６ａには、真空排気口１２が設けられている。真空排気口１２は、隔膜１０（隔膜保持部材１１）の近傍に設けられ、底面６ａの端部から離れている。底面６ａの中央に隔膜１０が設けられ、隔膜１０の周りを囲むように真空排気口１２が形成されている。
【００１５】
試料８は、試料ステージ９に載せられ、試料８の表面が、前記底面６ａに対向するように配置される。試料ステージ９は、ステージ駆動制御部２０により３軸方向に移動することができる。試料８は、その表面が底面６ａと略平行になるように配置される。これにより、隔膜１０と真空排気口１２も、試料８の表面に対向する。真空排気口１２は、真空ポンプ１４にて排気を行う。真空排気口１２は、配管２３に接続している。配管２３は、バルブ１６を介して、真空ポンプ１４に接続している。なお、図１が断面図である都合上、図中隔膜１０の右側の真空排気口１２には真空ポンプ１４が接続されていないようにみえるが、実際は、紙面表裏方向でつながっている。
【００１６】
また、荷電粒子線装置１０１には、装置ユーザがＳＥＭ画像を観察することができるモニタ１７と、上位制御部１８と、下位制御部１９と、電子源１０２を制御するために下位制御部１９との間に接続された制御線２６、光学レンズ２を制御するために下位制御部１９との間に接続された制御線２７、検出器３を制御するために下位制御部１９との間に接続された制御線２４や、各真空ポンプ１３、１４、各バルブ１５、１６等を制御するために下位制御部１９との間に接続された制御線が設けられている。なお、筐体１０３を支えるための支持台は図示されていないが、一般的な支持台を用いることができ、荷電粒子線装置１０１がポータブルタイプであれば、人が腕で支えてもよい。
【００１７】
次に、真空排気口１２の機能について説明する。電子源１０２から放出された電子（線）５は光学レンズ２によって軌道を制御され隔膜１０に到達する。この間、電子線５は真空状態の空間を通過する。次に、電子線５は、隔膜１０を通過または透過する。通過または透過した電子線５は、隔膜１０（底面６ａ）と試料８の間の空間４１を通過し、試料８の表面に照射される。これにより、電子は、試料８の表面から放出または反射される。反射等された電子線は、空間４１を通過して隔膜１０を通過または透過し、検出器３に到達する。前記した電子線の行程において、ＳＥＭでの画像分解能を高くするためには、電子線５をできる限り小さく絞って試料８に照射させる必要がある。しかし、隔膜１０（底面６ａ）と試料８の間の空間４１の気圧が高い場合、例えば、大気圧の場合には、電子線５がガス分子によって散乱される。電子線５を絞ることができず、結果として、画像分解能が劣化してしまう。
【００１８】
真空排気口１２によれば、隔膜１０（底面６ａ）と試料８の間の空間４１の気圧を、減圧させ真空にすることができる。これは、空間４１は隔膜１０（底面６ａ）と試料８とで挟まれているので、空間４１の体積は小さく制限され、容易に真空引きできるからである。また、空間４１は隔膜１０（底面６ａ）と試料８とで挟まれているので、外気からの空気が空間４１へ進入し難く、減圧状態からの圧力の上昇が抑制されるからである。これらの効果は、隔膜１０（底面６ａ）と試料８の距離Ｌを狭めるほど顕著になる。なお、空間４１における真空度（気圧）は、距離Ｌの他に、底面６ａの幅Ｗや、真空排気口１２の大きさや、真空ポンプ１４の排気量などで決定される。そして、空間４１における電子線５の散乱を抑制することができる。そして、ＳＥＭ像を取得できる程度に電子線５の散乱を抑制できる距離Ｌは、空間４１が、大気圧である場合より、真空である場合のほうが長くできる。これにより、試料８を隔膜１０の破損の恐れがあるほど隔膜１０に近づけなくてよい。このため、試料８を、隔膜１０の破損の恐れがない距離Ｌだけ、隔膜１０から離して配置できるように、ステージ駆動制御部２０によって試料８（試料ステージ９）の高さを制御することが望ましい。ただ、その高さを大きく変動させる必要が無い場合は、手動でその高さを変えるようにしてもよい。
【００１９】
真空排気口１２の開口面と、隔膜１０の試料８側の表面１０ａとは、同一平面１００上にある。この仮想平面１００は、底面６ａに重なり、一部が一致している。これによれば、真空排気口１２と隔膜１０を、試料８に当たりにくくできる。また、前記空間４１を小さくでき、隔膜１０（底面６ａ）と試料８の距離Ｌを狭くできる。そして、空間４１の真空度を下げやすくできる。
【００２０】
なお、隔膜１０（底面６ａ）と試料８の距離Ｌは狭いほうが望ましく、底面６ａの幅Ｗは広いほうが望ましく、真空排気口１２の排気口サイズは大きい方が望ましく、真空ポンプ１４の排気容量は大きいほうが望ましい。これらは必要とされる分解能によって変わってくる。また、底面６ａと試料８の表面の間の距離Ｌに対する、底面の幅Ｗの比（Ｗ／Ｌ）は、大きいほうが望ましく、２０以上（Ｗ／Ｌ＞２０）、さらに好ましくは、５０以上（Ｗ／Ｌ＞５０）である。
【００２１】
また、特筆すべきこととして、隔膜１０によって、筐体１０３の内部の空間は、隔膜１０（底面６ａ）と試料８の間の空間４１から隔離され、底面６ａと試料８の表面の間の距離Ｌ等が変動し、空間４１の気圧が変動しても、筐体１０３の内部の空間は、高真空に保つことができる。なお、試料ステージ９上に試料８がない場合は、真空排気口１２から真空排気を行う必要がないので、バルブ１６を閉じて、真空排気を停止してもよい。
【００２２】
（第２の実施形態）
図２に、本発明の第２の実施形態に係る荷電粒子線装置１０１の構成図を示す。第２の実施形態が、第１の実施形態と異なっている点は、真空排気口１２を２つ有している点である。真空排気口１２は、隔膜１０を取り囲むように配置された内側真空排気口１２ａと、内側真空排気口１２ａを取り囲むように配置された外側真空排気口１２ｂとを有している。内側真空排気口１２ａと外側真空排気口１２ｂの排気系統は、それぞれ個別の真空ポンプ１４と３０を備えている。内側真空排気口１２ａには、配管２３が接続されている。配管２３は、バルブ１６を介して、真空ポンプ１４が接続されている。外側真空排気口１２ｂには、配管３３が接続されている。配管３３は、バルブ３１を介して、真空ポンプ３０が接続されている。真空ポンプ３０とバルブ３１は、真空ポンプ１４とバルブ１６と同様に、下位制御部１９を介して、上位制御部１８から操作することができる。真空ポンプ１４は、内側真空排気口１２ａからの排気を行い、真空ポンプ３０は、外側真空排気口１２ｂからの排気を行う。真空ポンプ３０（外側真空排気口１２ｂ）は、外側から空間４１に流入する空気を排気し、空間４１の外周部を低真空にする荒引き用ポンプ（真空排気口１２）として機能する。真空ポンプ１４（内側真空排気口１２ａ）は、空間４１の中央部を、低真空から高真空に高めるにする本引き用ポンプ（真空排気口１２）として機能する。なお、荒引き用の真空ポンプ３０を、本引き用の真空ポンプ１４の下流側のポンプと兼用させてもよい。具体的には、配管３３から分岐させた配管を、真空ポンプ１４の排気口に接続すればよい。
【００２３】
（第３の実施形態）
図３に、本発明の第３の実施形態に係る荷電粒子線装置１０１の構成図を示す。第３の実施形態が、第１の実施形態と異なる点は、筐体１０３の底面６ａに、ガスを放出するガス放出口５１が設けられている点である。なお、ガス放出口５１の上流側のガス流路の方向は、図３では真下方向であるが、隔膜１０の方向に傾いた斜め方向であってもよく、また、隔膜１０から離れる方向に傾いた斜め方向であってもよい。ガス放出口５１にはガスボンベ３４などのガス源が接続されている。具体的には、ガス放出口５１には配管３３が接続され、その配管３３は、バルブ３１を介して、ガスボンベ３４に接続している。電子線５の光軸からフランジ６（荷電粒子線装置１０１）の外側への方向に向かって、隔膜１０、真空排気口１２、ガス放出口５１の順番で配置されている。
【００２４】
電子線５の散乱の程度は、ガスの気圧だけでなく、ガスの分子量にも影響される。例えば、空気の見かけの分子量（約２９：空気は窒素ガス（分子量２８）と酸素ガス（分子量３２）の混合ガスと見なせる）よりも小さい（軽い）ガスをいれると電子線の散乱を低減することが可能である。すなわち、ガス放出口５１から放出させるガスとしては、空気よりも分子量が小さい（標準状態での比重が軽い）ガス、例えば、ヘリウムガス、水素ガス、メタンガス、アンモニアガス、水蒸気などを用いることができる。特に、取り扱いが容易でかつ分子量が４と小さいヘリウムガスが好ましい。
例えば、ガス放出口５１からヘリウムガスが放出されると、ガス放出口５１の直下およびその周辺では略大気圧になっている。このため、ガス放出口５１の外側にある空気が、ガス放出口５１の内側に流れ込み難くなっている。真空排気口１２の内側（隔膜１０の周囲）は、ヘリウムガスを残留ガスとする真空状態になり、電子線５の散乱を著しく低減できる。なお、試料８が試料ステージ９上にない場合は、バルブ３１を閉じて、ガスボンベ３４からのガス放出を停止してもよい。また、第２の実施形態のように真空排気口１２を２つ設けて、それらの外側にガス放出口５１を設けてもよい。
【００２５】
（第４の実施形態）
図４に、本発明の第４の実施形態に係る荷電粒子線装置１０１の構成図を示す。第４の実施形態が、第３の実施形態と異なっている点は、筐体１０３の底面６ａの端部の近傍に、大気中の埃を吸い込む集塵口５２が設けられている点である。集塵口５２は、試料８に対向するように配置されている。なお、集塵口５２は下方を向くように図示しているが、斜め方向や横方向に向いていてもかまわない。集塵口５２にはポンプ５３が備えられている。ポンプ５３はファンなどの回転機構により埃を吸い込むことができる。
真空排気口１２は、真空排気のため、フランジ６の端部側から大気（空気）を吸い込む。大気中には埃などが浮遊しているので、その埃なども吸い込まれる。このとき、埃が、筐体１０３の底面６ａや試料８の表面に付着したり、傷を付けたり、真空排気口１２を塞いだりすることが考えられる。集塵口５２を設けることで、前記空間４１に進入しようとする空気から埃が除去され、その付着等を防止することができる。なお、図示しないが、集塵口５２とポンプ５３を接続する配管５４に、埃を収集するフィルタを設けてもよい。そして、集塵口５２は、荷電粒子線装置１０１を、クリーンルームの外で使用する場合に、特に、有用である。また、第２の実施形態のように真空排気口１２を２つ設けて、それらの外側にガス放出口５１を設けてもよい。第１の実施形態のようにガス放出口５１を省いてもよい。
【００２６】
（第５の実施形態）
図５に、本発明の第５の実施形態に係る荷電粒子線装置１０１の構成図を示す。第５の実施形態が、第１の実施形態と異なっている点は、隔膜１０（筐体１０３の底面６ａ）の高さが可変になっている点である。隔膜１０を保持するフランジ６が、試料８の表面（筐体１０３の底面６ａ）に対して垂直方向に動くことができる。試料８が非常に大きなパネルなどの場合、長周期的な反りがあるため、試料８の面内で、隔膜１０と試料８の表面の間の距離Ｌが変わる。これにより、隔膜１０と試料８の間の空間４１の気圧が変動してしまう。そこで、試料８の面内で、隔膜１０と試料８の表面の間の距離Ｌが一定になるように、試料８の表面の反りに合わせて、隔膜１０（筐体１０３の底面６ａ）の高さを変えることが好ましい。また、試料８の面内で、特定のポイントを観察したり、複数のポイントを観察するために、隔膜１０の付いたフランジ６を、試料８の直上を相対的に移動させる場合がある。このような移動時は、観察時よりも、距離Ｌを離すことが望ましい。すなわち、距離Ｌは、観察時には縮められ、移動時を含め観察時以外のときは広げられる。
【００２７】
このため、荷電粒子線装置１０１には、試料８と隔膜１０との距離Ｌを計測する計測器４０と、隔膜１０を試料８に対して移動させ距離Ｌを変更する駆動機構（隔膜位置駆動部）３６が設けられている。駆動機構３６は、筐体本体４に固定され、筐体本体４に対してフランジ６（隔膜１０）を移動させることができる。計測器４０は、筐体本体４又はフランジ６（隔膜１０）に固定しておく。筐体本体４は、外部の支持台に固定しておく。駆動機構３６は、駆動制御部３５、通信線３７、下位制御部１９を介して、上位制御部１８から制御し駆動させることができる。駆動機構３６を駆動させるとフランジ６（隔膜１０）を上下に動かすことができる。そして、隔膜１０および真空排気口１２を試料８に近づけたり離したりすることができる。このとき、筐体本体４に対してフランジ６が変位しても、筐体本体４とフランジ６の気密性は保持されるようになっている。すなわち、その変位の方向と、筐体本体４とフランジ６のシール面とが平行になっており、その変位に応じて、筐体本体４とフランジ６のシール面が互いに気密性を保ったままスライドする。
【００２８】
次のような手順で、試料８に電子線５を照射し観察する。まず、観察前は、前記面内の移動等の直後であり、隔膜１０と試料８の表面の間の距離Ｌは、広げられている。計測器４０は、レーザ等の光を、計測対象物である試料８に当てて、その反射光を検出する等により、試料高さを計測・算出する。計測された高さ情報は、高さ計測制御部３９および通信線３８さらに下位制御部１９を経由して、上位制御部１８に送信される。上位制御部１８では、高さ情報に基づいて、駆動機構３６の駆動量（フランジ６の移動量）を決定する。上位制御部１８は、下位制御部１９に前記高さ情報を用いてフィードバック制御させながら、駆動制御部３５を介して、駆動機構３６を、決定した駆動量だけ駆動させる。これよって、隔膜１０付きのフランジ６を試料８に接近させ、その距離Ｌを、観察を行う際の所定の距離に設定する。これにより、試料８の反りに関わらず、観察のたびに距離Ｌを一定に保つことができる。これにより、フランジ６（隔膜１０）と試料８の間の空間４１を一定の真空度に減圧することができる。なお、バルブ１６の開弁（空間４１の減圧）のタイミングは、観察時の距離Ｌの設定の前であっても後であってもよい。この減圧により、電子線５を、散乱させることなく、試料８に照射することができる。照射のタイミングは、観察時の距離Ｌの設定および減圧の前であっても後であってもよい。なお、第５の実施形態では、隔膜１０付きのフランジ６の高さを変えたが、試料８を載せた試料ステージ９の高さを変えてもよいのは明らかである。どちらの高さを変えるかは、試料８の大きさとの兼ね合いで決めればよい。試料８が非常に大きなパネルの場合などは、フランジ６の高さを変えればよい。
【符号の説明】
【００２９】
１      鏡筒（第１筐体）
２      光学レンズ（コンデンサレンズ）
３      検出器
４      筐体本体（第２筐体）
４ａ    開口
５      荷電粒子線（電子線）（の光軸）
６      平行平板（フランジ、第２筐体）
６ａ    筐体の底面
６ｂ    貫通孔
７      バルブ
８      試料
９      試料ステージ
１０    隔膜
１０ａ  隔膜の試料側の表面
１１    隔膜保持部材
１１ａ  貫通孔
１２    真空排気口
１２ａ  内側真空排気口
１２ｂ  外側真空排気口
１３    真空ポンプ
１４    真空ポンプ（内側真空排気口の排気系統）
１５、１６  バルブ
１７    モニタ
１８    上位制御部
１９    下位制御部
２０    ステージ駆動制御部
２１    封止兼固定材
２２、２３  配管
２４    信号線
２５、２６、２７  通信線
２８、２９  シール部（真空封じ部）
３０    真空ポンプ（外側真空排気口の排気系統）
３１    バルブ
３３    配管
３４    ガス源（ガスボンベ）
３５    駆動制御部
３６    駆動機構（隔膜位置駆動部）
３７、３８  通信線
３９    高さ計測制御部
４０    高さ計測器
４１    筐体の底面と試料の表面の間の空間
５１    ガス放出口
５２    集塵口
５３    ポンプ
５４    配管
１００  仮想（平）面
１０１  荷電粒子線装置
１０２  電子源（放出源）
１０３  筐体
Ｌ      筐体の底面と試料の表面の間の距離
Ｗ      筐体の底面の幅
【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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