(57)【要約】観察対象となる試料の明視野像または暗視野像が、精度よく得られるようなホルダを提供する。ホルダ（ＨＬ）は、上部材（ＨＬｔ）、側部材（ＨＬｓ）および底部材（ＨＬｂ）を有する。上部材（ＨＬｔ）は、荷電粒子線を通過させるための孔（ＴＨ１）を有し、且つ、孔（ＴＨ１）内において試料を搭載させることができる。底部材（ＨＬｂ）は、上部材（ＨＬｔ）と平面視において重なるように設けられている。側部材（ＨＬｓ）は、上部材（ＨＬｔ）および底部材（ＨＬｂ）が断面視において互いに離間するように、上部材（ＨＬｔ）の一部および底部材（ＨＬｂ）の一部に接続されている。開口部（ＯＰ）は、上部材（ＨＬｔ）、側部材（ＨＬｓ）および底部材（ＨＬｂ）に囲まれた領域であり、開口部（ＯＰ）内には、シンチレータ（ＳＣ１）が設けられている。
2020189329.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線を通過させるための第１孔を有し、且つ、前記第１孔内において試料を搭載可能な上部材と、  前記上部材と平面視において重なるように設けられた底部材と、  前記上部材および前記底部材が断面視において互いに離間するように、前記上部材の一部および前記底部材の一部に接続された側部材と、  前記上部材、前記側部材および前記底部材に囲まれた領域である開口部と、  前記開口部内に設けられた第１シンチレータと、  を有する、ホルダ。
【請求項２】
請求項１に記載のホルダにおいて、  光を透過させ、且つ、Ｘ線を透過させない機能を備えた第１導光体と、  前記第１導光体内に設けられた第２孔と、  を含む第１光学部材を更に有し、  前記第１光学部材は、前記第１導光体の側面の一部が前記側部材から露出するように、前記開口部内に設けられ、  前記第２孔は、前記第１孔と平面視において重なり、  前記第１シンチレータは、その一部が前記第２孔内において露出するように、前記第１導光体と前記底部材との間に設けられている、ホルダ。
【請求項３】
請求項１に記載のホルダにおいて、  光を透過させ、且つ、Ｘ線を透過させない機能をそれぞれ備えた第２導光体および第３導光体と、  前記第２導光体と前記第３導光体との間に設けられ、且つ、光およびＸ線を透過させない機能を備えた遮断層と、  前記第２導光体内に設けられた第３孔と、  前記第２導光体内、前記遮断層内および前記第３導光体内に設けられ、前記第３孔と連通し、且つ、前記第３孔よりも狭い口径を有する第４孔と、  を含む第２光学部材を更に有し、  前記第２光学部材は、前記第２導光体および前記第３導光体の各々の側面の一部が前記側部材から露出するように、前記開口部内に設けられ、  前記第３孔および前記第４孔の各々は、前記第１孔と平面視において重なり、  前記第１シンチレータは、前記第３孔内において、前記第４孔の周囲に位置する前記第２導光体上に設けられ、  第２シンチレータが、その一部が前記第４孔内において露出するように、前記第３導光体と前記底部材との間に設けられている、ホルダ。
【請求項４】
請求項３に記載のホルダにおいて、  前記遮断層は、前記第２導光体および前記第３導光体の各々の側面を部分的に覆い、  前記遮断層および前記側部材から露出している前記第２導光体および前記第３導光体の各々の側面は、互いに反対側に位置している、ホルダ。
【請求項５】
請求項３に記載のホルダにおいて、  前記第２光学部材の平面形状は、円形または楕円形の一部に切り欠きが設けられた形状であり、  前記第２光学部材は、前記切り欠きが前記側部材に接するように、前記開口部内に設けられている、ホルダ。
【請求項６】
請求項３に記載のホルダにおいて、  前記第２導光体および前記第３導光体の各々を透過できる前記光、および、前記遮断層を透過できない前記光は、それぞれ真空紫外光領域から可視光領域までの光であり、  前記第２導光体および前記第３導光体の各々を構成する材料は、ガラスまたはアクリル樹脂であり、  前記遮断層、前記上部材、前記側部材および前記底部材の各々を構成する材料は、金属または合金である、ホルダ。
【請求項７】
請求項１に記載のホルダにおいて、  光を透過させ、且つ、Ｘ線を透過させない機能をそれぞれ備えた第２導光体および第３導光体と、  前記第２導光体と前記第３導光体との間に設けられ、且つ、光および前記Ｘ線を透過させない機能を備えた遮断層と、  前記第２導光体内に設けられた第３孔と、  前記第２導光体内および前記遮断層内に設けられ、前記第３孔と連通し、且つ、前記第３孔よりも狭い口径を有する第４孔と、  を含む第２光学部材を更に有し、  前記第２光学部材は、前記第２導光体および前記第３導光体の各々の側面の一部が前記側部材から露出するように、前記開口部内に設けられ、  前記第３孔および前記第４孔の各々は、前記第１孔と平面視において重なり、  前記第１シンチレータは、前記第３孔内において、前記第４孔の周囲に位置する前記第２導光体上に設けられ、  第２シンチレータが、その一部が前記第４孔内において露出するように、前記第３導光体上に設けられている、ホルダ。
【請求項８】
チャンバと、  前記チャンバの上部に取り付けられ、且つ、荷電粒子線を放出可能な荷電粒子光学鏡筐と、  前記チャンバの下部に取り付けられたステージと、  前記ステージ上に設けられたホルダと、  前記ホルダから離れるように前記ホルダの上方に位置し、且つ、前記チャンバの上部に取り付けられた第１光検出器と、  を有し、  前記ホルダは、  第１孔を有し、且つ、前記第１孔内において試料を搭載可能な上部材と、  前記上部材と平面視において重なるように設けられた底部材と、  前記上部材および前記底部材が断面視において互いに離間するように、前記上部材の一部および前記底部材の一部に接続された側部材と、  前記上部材、前記側部材および前記底部材に囲まれた領域である開口部と、  前記開口部内に設けられた第１シンチレータと、  を含み、  前記第１光検出器は、前記上部材に前記試料が搭載され、前記荷電粒子光学鏡筐から放出された前記荷電粒子線が前記第１孔内において前記試料に照射され、且つ、前記試料を透過した透過荷電粒子が前記第１シンチレータに衝突した場合、前記第１シンチレータから放出され、且つ、前記開口部から出射した第１光を検出できる機能を備える、荷電粒子線装置。
【請求項９】
請求項８に記載の荷電粒子線装置において、  前記ホルダから離れるように前記ホルダの上方に位置し、且つ、前記チャンバの上部に取り付けられたＸ線検出器を更に有し、  前記ホルダは、  第１導光体と、  前記第１導光体内に設けられた第２孔と、  を含む第１光学部材を更に有し、  前記第１光学部材は、前記第１導光体の側面の一部が前記側部材から露出するように、前記開口部内に設けられ、  前記第２孔は、前記第１孔と平面視において重なり、  前記第１シンチレータは、その一部が前記第２孔内において露出するように、前記第１導光体と前記底部材との間に設けられ、  前記第１シンチレータから放出された前記第１光は、前記第１導光体内を透過し、前記第１導光体の側面を第１出射面として前記開口部から出射され、  前記Ｘ線検出器は、前記荷電粒子線が前記試料に照射された場合、前記試料から放出されるＸ線を検出可能な機能を有し、  前記第１導光体は、前記第１光を透過させ、且つ、Ｘ線を透過させない機能を備えている、荷電粒子線装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の荷電粒子線装置において、  前記ホルダは、  第２導光体と、  第３導光体と、  前記第２導光体および前記第３導光体が互いに接触しないように、前記第２導光体と前記第３導光体との間に設けられた遮断層と、  前記第２導光体に接する前記第１シンチレータと、  前記第３導光体に接する第２シンチレータと、  を含む第２光学部材を更に有し、  前記第２光学部材は、前記第２導光体および前記第３導光体の各々の側面の一部が前記側部材から露出するように、前記開口部内に設けられ、  前記透過荷電粒子には、前記第１シンチレータに衝突する第１透過荷電粒子と、前記第１透過荷電粒子よりも小さい散乱角で透過し、且つ、前記第２シンチレータに衝突する第２透過荷電粒子とが含まれ、  前記第１透過荷電粒子が前記第１シンチレータに衝突した場合、前記第１光が、前記第１シンチレータから放出され、前記第２導光体内を透過し、且つ、前記第２導光体の側面を第２出射面として前記開口部から出射され、  前記第２透過荷電粒子が前記第２シンチレータに衝突した場合、第２光が、前記第２シンチレータから放出され、前記第３導光体内を透過し、且つ、前記第３導光体の側面を第３出射面として前記開口部から出射され、  前記第２導光体は、前記第１光を透過させ、且つ、Ｘ線を透過させない機能を備え、  前記第３導光体は、前記第２光を透過させ、且つ、Ｘ線を透過させない機能を備え、  前記遮断層は、前記第１光、前記第２光およびＸ線を透過させない機能を備えている、荷電粒子線装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の荷電粒子線装置において、  前記遮断層は、前記第２出射面および前記第３出射面が露出されるように、前記第２導光体および前記第３導光体の各々の側面を部分的に覆い、  前記遮断層および前記側部材から露出している前記第２出射面および前記第３出射面は、互いに反対側に位置している、荷電粒子線装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の荷電粒子線装置において、  前記第２光は、前記ステージを回転させることで、前記第１光検出器によって検出される、荷電粒子線装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の荷電粒子線装置において、  前記ホルダから離れるように前記ホルダの上方に位置し、且つ、前記チャンバの上部に取り付けられた第２光検出器を更に有し、  前記第１光検出器は、前記第２光検出器よりも前記第２出射面の近くに位置し、  前記第２光検出器は、前記第１光検出器よりも前記第３出射面の近くに位置し、  前記第１光は、前記第１光検出器によって検出され、  前記第２光は、前記第２光検出器によって検出される、荷電粒子線装置。
【請求項１４】
請求項８に記載の荷電粒子線装置において、  前記第１光検出器で検出された前記第１光は、前記荷電粒子線装置の内部または外部に取り付けられ、且つ、前記第１光検出器に接続された画像処理機器によって、前記試料の透過荷電粒子像の画像データに変換される、荷電粒子線装置。
【請求項１５】
チャンバと、  前記チャンバの上部に取り付けられ、且つ、荷電粒子線を放出可能な荷電粒子光学鏡筐と、  前記チャンバの下部に取り付けられたステージと、  前記ステージ上に設けられたホルダと、  前記ホルダから離れるように前記ホルダの上方に位置し、且つ、前記チャンバの上部に取り付けられた第１光検出器およびＸ線検出器と、  を有し、  前記ステージは、  前記チャンバの下部に取り付けられた台座部と、  前記台座部上に設けられ、且つ、回転機構を備える回転部と、  複数の第１孔を有し、且つ、前記複数の第１孔内において複数の試料を搭載可能な回転盤と、  前記回転盤および前記回転部を接続する支柱部と、  を有し、  前記ホルダは、  前記回転盤の一部と平面視において重なるように設けられた底部材と、  前記回転盤と前記底部材との間に設けられ、且つ、前記底部材の一部に接続された側部材と、  前記回転盤、前記側部材および前記底部材に囲まれた領域である開口部と、  前記開口部内に設けられた第１シンチレータと、  第１導光体および前記第１導光体内に設けられた第２孔を含み、且つ、前記第１導光体の側面の一部が前記側部材から露出するように、前記開口部内に設けられた第１光学部材と、  を有し、  前記第１光検出器は、前記回転盤に前記試料が搭載され、前記荷電粒子光学鏡筐から放出された前記荷電粒子線が前記第１孔内において前記試料に照射され、且つ、前記試料を透過した透過荷電粒子が前記第１シンチレータに衝突した場合、前記第１シンチレータから放出され、且つ、前記開口部から出射した第１光を検出できる機能を備え、  前記Ｘ線検出器は、前記荷電粒子線が前記試料に照射された場合、前記試料から放出されるＸ線を検出可能な機能を備え、  前記第２孔は、前記第１孔と平面視において重なり、  前記第１シンチレータは、その一部が前記第２孔内において露出するように、前記第１導光体と前記底部材との間に設けられ、  前記第１シンチレータから放出された前記第１光は、前記第１導光体内を透過し、前記第１導光体の側面を第１出射面として前記開口部から出射され、  前記第１導光体は、前記第１光を透過させ、且つ、Ｘ線を透過させない機能を備えている、荷電粒子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、ホルダおよび荷電粒子線装置に関し、特に、ホルダを用いて光の検出を行う際に好適に利用できるものである。
【背景技術】
【０００２】  電子線を試料上で走査して、試料から所望の透過電子像を得るために、例えば走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ：Scanning Transmission Electron Microscope）または走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）などの荷電粒子線装置が用いられている。走査型電子顕微鏡では、数十ｋＶという比較的低い加速電圧であっても、極めて高いコントラストで、且つ、高い分解能の透過電子像が得られる。【０００３】  例えば、図２１には従来技術の荷電粒子線装置が示されている。図２１に示されるように、荷電粒子線装置内のホルダＨＬに設けられたメッシュＭＳ上には、試料ＳＡＭが搭載されており、試料ＳＡＭの下方において、ホルダＨＬには反射板ＲＦが設けられている。ここで、試料ＳＡＭに荷電粒子線ＥＢ１を照射し、試料ＳＡＭの下方に透過した透過電子ＥＢ４を斜めに傾けた反射板ＲＦで反射させている。そして、反射した二次電子ＥＢ５は、エバーハートソーンリー（Everhart Thornley）検出器と呼ばれる検出器ＥＴＤにより検出される。【０００４】  また、特許文献１では、試料に電子線を照射し、試料の下方に透過した透過電子を斜めに傾けたシンチレータに衝突させることで、シンチレータから放出される光を、水平方向の通過孔に沿って通過させ、通過孔の出口に設置された光電子増倍管に入射させる技術が開示されている。【０００５】  また、特許文献２には、１Ｐａ〜３０００Ｐａ程度の低真空に制御されたチャンバ内において、ガスシンチレーションによる発光現象を発生させ、画像情報を有する励起光を検出する技術が開示され、上記励起光を検出可能な検出器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−６６０５７号公報
【特許文献２】特開２０１３−２２５５３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  図２１に示される従来技術の場合、検出器ＥＴＤで検出される電子は、反射板ＲＦで反射された二次電子ＥＢ５だけでなく、試料ＳＡＭの表面から放出される二次電子ＥＢ６も含む。従って、検出器ＥＴＤで検出された二次電子ＥＢ５を基に、正確な透過電子像を作成することが困難となっている。特に、図２１の技術は、試料ＳＡＭが厚い場合、二次電子ＥＢ６の量が増加し、透過電子像のコントラストが大きく変わる恐れがある。この点においても、図２１の技術では、正確な透過電子像の作成が困難となっている。【０００８】  また、余計な透過電子を反射板ＲＦに衝突させないようにするため、散乱角を制限する散乱角絞りＡＳＡ３が、試料ＳＡＭの直下に設置されている必要がある。このため、小さい散乱角（例えば７５ｍｒａｄ以下）のみの透過電子像の取得が困難である。これに対して、散乱角絞りＡＳＡ３を小さくすることも考えられるが、その場合、試料ＳＡＭ上における観察可能な領域が、散乱角絞りＡＳＡ３の孔の口径とほぼ同じになるので、観察できる範囲が非常に小さくなる。【０００９】  また、一般的に検出器ＥＴＤは、シンチレータおよび光電子増倍管を備える。透過電子ＥＢ４から変換された二次電子ＥＢ５は、検出器ＥＴＤによって光に変換され、光電子増倍管によって増幅され、電気信号に置き換わる。この際、信号変換の過程は、透過電子ＥＢ４、二次電子ＥＢ５、光および電気信号の順番で行われるので、信号変換時のロスが多くなり、収量が低下する問題がある。【００１０】  また、特許文献１では、透過電子を検出するために、ホルダの側方に、新たに高精度の検出器を取り付けることが必要となる。それは、新たな荷電粒子線装置の構造およびシステムの再構築が必要であることを意味し、多額のコストが必要とされる。【００１１】  本願の目的の一つとして、荷電粒子線装置の性能を向上させ、観察対象となる試料の明視野像または暗視野像が精度よく得られる荷電粒子線装置を提供することが挙げられる。また、そのような荷電粒子線装置に用いられるホルダを提供することが挙げられる。【００１２】  その他の課題と新規な特徴は、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】
【００１３】  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。【００１４】  一実施の形態であるホルダは、荷電粒子線を通過させるための第１孔を有し、且つ、前記第１孔内において試料を搭載可能な上部材と、上部材と平面視において重なるように設けられた底部材と、上部材および底部材が断面視において互いに離間するように、上部材の一部および底部材の一部に接続された側部材とを有する。また、ホルダは、上部材、側部材および底部材に囲まれた領域である開口部と、開口部内に設けられた第１シンチレータとを有する。【００１５】  また、一実施の形態である荷電粒子線装置は、チャンバと、チャンバの上部に取り付けられ、且つ、荷電粒子線を放出可能な荷電粒子光学鏡筐と、チャンバの下部に取り付けられたステージと、ステージ上に設けられたホルダと、ホルダから離れるようにホルダの上方に位置し、且つ、チャンバの上部に取り付けられた第１光検出器とを有する。ここで、ホルダは、第１孔を有し、且つ、前記第１孔内において試料を搭載可能な上部材と、上部材と平面視において重なるように設けられた底部材と、上部材および底部材が断面視において互いに離間するように、上部材の一部および底部材の一部に接続された側部材とを含む。また、ホルダは、上部材、側部材および底部材に囲まれた領域である開口部と、開口部内に設けられた第１シンチレータとを含む。また、第１光検出器は、前記上部材上に試料が搭載され、荷電粒子光学鏡筐から放出された荷電粒子線が第１孔内において試料に照射され、且つ、試料を透過した透過荷電粒子が第１シンチレータに衝突した場合、第１シンチレータから放出され、且つ、開口部から出射した第１光を検出できる機能を備える。
【発明の効果】
【００１６】  本願において開示される実施の形態によれば、観察対象となる試料の明視野像または暗視野像が精度よく得られるようなホルダを提供できる。また、上記ホルダを用いることで、荷電粒子線装置の性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態１におけるホルダの斜視図である。
【図２】実施の形態１における荷電粒子線装置の断面図である。
【図３】変形例１における荷電粒子線装置の断面図である。
【図４】実施の形態２における光学部材の斜視図である。
【図５】実施の形態２における光学部材を備えたホルダの斜視図である。
【図６】実施の形態２における荷電粒子線装置の断面図である。
【図７】実施の形態３における荷電粒子線装置の断面図である。
【図８】実施の形態４における光学部材の斜視図である。
【図９】実施の形態４における光学部材の斜視図である。
【図１０】実施の形態４における光学部材を備えたホルダの斜視図である。
【図１１】実施の形態４における光学部材を備えたホルダの平面図である。
【図１２】実施の形態４における光学部材を備えたホルダの断面図である。
【図１３】実施の形態４における荷電粒子線装置の断面図である。
【図１４】実施の形態４における荷電粒子線装置の断面図である。
【図１５】実施の形態５における荷電粒子線装置の断面図である。
【図１６】実施の形態６における荷電粒子線装置の断面図である。
【図１７】実施の形態７における光学部材の斜視図である。
【図１８】実施の形態７における光学部材の斜視図である。
【図１９】実施の形態７における光学部材を備えたホルダの斜視図である。
【図２０】実施の形態７における光学部材を備えたホルダの断面図である。
【図２１】従来技術における荷電粒子線装置の簡易的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】  以下、本発明の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、特に必要なときを除き、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。
【００１９】  （実施の形態１）  以下に図１および図２を用いて、実施の形態１におけるホルダＨＬ、および、ホルダＨＬを有する荷電粒子線装置１００について説明する。荷電粒子線装置１００は、例えば走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）である。図１は、ホルダＨＬの外観を示す斜視図であり、図２は、荷電粒子線装置１００を示す断面図であり、ホルダＨＬの詳細な断面構造も示している。
【００２０】  図１に示されるように、実施の形態１におけるホルダＨＬは、上部材ＨＬｔ、側部材ＨＬｓおよび底部材ＨＬｂからなる。底部材ＨＬｂは、上部材ＨＬｔと平面視において重なるように設けられ、側部材ＨＬｓは、上部材ＨＬｔおよび底部材ＨＬｂが断面視において互いに離間するように、上部材ＨＬｔの一部および底部材ＨＬｂの一部に接続されている。また、上部材ＨＬｔの中央付近には、上部材ＨＬｔを貫通するように、図２に示される荷電粒子線ＥＢ１を通過させるための孔ＴＨ１が設けられている。
【００２１】  開口部ＯＰは、上部材ＨＬｔ、側部材ＨＬｓおよび底部材ＨＬｂに囲まれた領域である。開口部ＯＰ内には、散乱角絞りＡＳＡ１およびシンチレータＳＣ１が設けられている。散乱角絞りＡＳＡ１は、特定の散乱角を有する透過荷電粒子のみがシンチレータＳＣ１に衝突するように、シンチレータＳＣ１の表面を部分的に覆っている。実施の形態１では、散乱角絞りＡＳＡ１およびシンチレータＳＣ１が底部材ＨＬｂ上に設けられている場合を例示している。
【００２２】  ホルダＨＬの平面形状は、円形または楕円形であるが、側部材ＨＬｓが上部材ＨＬｔおよび底部材ＨＬｂに接続されている箇所において、上部材ＨＬｔおよび底部材ＨＬｂの各々の内壁には切り欠きＮＣ１が設けられている。このため、開口部ＯＰ内において、上部材ＨＬｔおよび底部材ＨＬｂの各々の内壁の平面形状は、円形または楕円形の一部に切り欠きＮＣ１が設けられた形状となっている。
【００２３】  また、ホルダＨＬを構成する各部材（上部材ＨＬｔ、側部材ＨＬｓおよび底部材ＨＬｂ）を構成する材料は、アルミニウムなどの金属、または、ステンレス鋼などの合金である。また、ホルダＨＬを構成するこれらの材料は、光およびＸ線を透過させない機能を備える。また、上記光は、真空紫外光領域から可視光領域までの光である。なお、実施の形態１では、上部材ＨＬｔ、側部材ＨＬｓおよび底部材ＨＬｂが一体化している場合が例示されているが、これらの各部材は、互いに異なる部材で構成されていてもよい。
【００２４】  図２に示されるように、上部材ＨＬｔは、孔ＴＨ１内において試料ＳＡＭを搭載することができる。上部材ＨＬｔは、テーブルＴＢ、および、テーブルＴＢ上に設けられたキャップＣＰを含む。テーブルＴＢは、その上に試料ＳＡＭが設置されたメッシュＭＳを搭載するために設けられ、キャップＣＰは、試料ＳＡＭおよびメッシュＭＳを保持するために設けられている。
【００２５】  荷電粒子線装置１００は、チャンバ１、チャンバ１の上部に取り付けられた荷電粒子光学鏡筐２、チャンバ１の下部に取り付けられたステージ３、ステージ３上に設けられたホルダＨＬ、および、ホルダＨＬから離れるようにホルダＨＬの上方に位置し、且つ、チャンバ１の上部に取り付けられた光検出器４を有する。
【００２６】  荷電粒子光学鏡筐２は、荷電粒子線（電子線）を放出するための電子銃、集光レンズ、および、水平方向の走査を制御するための走査コイルなどを含み、荷電粒子線（電子線）ＥＢ１は、荷電粒子光学鏡筐２から放出され、試料ＳＡＭへ向かって照射される。
【００２７】  ステージ３は、ホルダＨＬを搭載させるための台座であり、厚さ方向および水平方向の位置を調整する機構と、水平方向に回転する機構とを備える。ステージ３が回転することで、ステージ３上に搭載されたホルダＨＬの向きを変化させることができる。また、ステージ３を構成する材料は、ホルダＨＬの各部材を構成する材料と同じである。また、実施の形態１では、ホルダＨＬをステージ３から自由に着脱させることができる。
【００２８】  光検出器４は、シンチレータＳＣ１から放出され、且つ、ホルダＨＬの開口部ＯＰから出射された光ＬＩ１を検出できる機能を備える。このような機能については、後で詳細に説明する。
【００２９】  画像処理機器６は、光検出器４に接続され、光ＬＩ１に含まれる透過荷電粒子情報を透過荷電粒子像に変換させる機能を備える。画像処理機器６は、例えば、光電子増倍管、増幅回路およびＡ／Ｄ変換器などを含み、これらによって光信号が電気信号に変換される。すなわち、画像処理機器６によって、光ＬＩ１が透過荷電粒子像の画像データに変換される。画像データは、画像処理機器６の内部または外部に備えられた表示装置などによって視認される。なお、画像処理機器６は、荷電粒子線装置１００の内部に取り付けられていてもよいし、荷電粒子線装置１００の外部に取り付けられていてもよい。
【００３０】  以下に、実施の形態１における荷電粒子線装置１００を用いた試料ＳＡＭの透過荷電粒子像の観察手段について説明する。なお、実施の形態１では、試料ＳＡＭの暗視野像を観察する場合について説明する。実施の形態１における試料ＳＡＭの透過荷電粒子像の観察は、チャンバ１の内部の圧力を１×１０−６Ｐａ〜３０００Ｐａの範囲内に設定し、チャンバ１の内部を空気または窒素ガスなどで充満した状態で行われる。
【００３１】  まず、メッシュＭＳ上に観察対象である試料ＳＡＭが搭載されたホルダＨＬを準備し、ホルダＨＬをステージ３上に固定する。次に、荷電粒子光学鏡筐２から荷電粒子線（電子線）ＥＢ１を放出する。荷電粒子線ＥＢ１は、光軸ＯＡに沿ってホルダＨＬの孔ＴＨ１を通過し、試料ＳＡＭに照射される。荷電粒子線ＥＢ１は、試料ＳＡＭの内部で散乱し、試料ＳＡＭの下方へ透過する。試料ＳＡＭを透過した透過荷電粒子（透過電子）ＥＢ２は、ホルダＨＬの開口部ＯＰ内において散乱角絞りＡＳＡ１に達する。散乱角絞りＡＳＡ１は、特定の散乱角を有する透過荷電粒子ＥＢ２のみが通過できるように設計されている。散乱角絞りＡＳＡ１を通過した透過荷電粒子ＥＢ２は、ホルダＨＬの開口部ＯＰ内において、シンチレータＳＣ１に衝突する。
【００３２】  透過荷電粒子ＥＢ２がシンチレータＳＣ１に衝突した場合、透過荷電粒子ＥＢ２の運動エネルギーが光エネルギーへ変換され、シンチレータＳＣ１から光ＬＩ１が放出される。光ＬＩ１は、開口部ＯＰから出射され、光検出器４によって検出される。光検出器４で検出された光ＬＩ１は、光検出器４に接続された画像処理機器６に、光信号として取り込まれ、画像処理機器６の内部で光信号が電気信号に変換される。これにより、透過荷電粒子像として画像データが生成され、表示装置などで画像データを確認することで、試料ＳＡＭの透過荷電粒子像（暗視野像）を観察することができる。
【００３３】  また、実施の形態１においてシンチレータＳＣ１から放出される光ＬＩ１は、真空紫外光領域から可視光領域までの光であり、透過荷電粒子ＥＢ２と同様な透過荷電粒子情報を有している。このため、上述のように、光ＬＩ１を基にして、画像処理機器６によって透過荷電粒子像が確認できる。
【００３４】  以下に、実施の形態１において使用される光検出器４および光ＬＩ１の特徴について説明する。
【００３５】  光検出器４は、低真空検出器（ＵＶＤ：Ultra Variable pressure Detector）と呼ばれ、特許文献２に開示されている検出器と同等の検出器、または、光の検出が可能な検出器である。特にＵＶＤは、低真空観察で使用され、チャンバ１の内部の圧力を例えば３０Ｐａに設定し、チャンバ１の内部を空気または窒素ガスなどで充満した状態で行われる。低真空観察は、主に絶縁試料観察におけるチャージを除去する目的で行われ、ＵＶＤは数多くの電子顕微鏡に搭載されている。
【００３６】  以下に、特許文献２に開示されている光検出器４を用いた低真空観察について説明する。特許文献２において、二次電子ガスの増幅信号を捉えるために、光検出器４の近傍に配置されたバイアス電極に数百Ｖの電圧が印加される。これによりバイアス電極と試料ＳＡＭとの間に電界が形成されると、試料ＳＡＭの表面で発生した二次電子が加速され、二次電子は残留ガス分子と衝突し、残留ガス分子は正イオンおよび電子に電離する。その際に生じた励起光を光検出器４が検出することで、低真空時の対象物の二次電子像の形成が行われる。
【００３７】  実施の形態１における光検出器４（ＵＶＤ）は、元々、微小な励起光を検出するために設計されており、高感度な光検出器となり得る。光検出器４は、上述のような励起光を検出することもできるが、ここでは、励起光による透過電子像の形成を行わず、光ＬＩ１による透過電子像の形成を行う。言い換えれば、光検出器４が励起光を検出しないような環境下において、光ＬＩ１の検出が行われる。そのような方法を可能にするために、光検出器４の近傍に配置されたバイアス電極の電圧をオフ（０Ｖ）に設定する。この際、チャンバ１内の環境は、低真空または高真空のどちらでもよい。実施の形態１において、光検出器４は、シンチレータＳＣ１から放出される光ＬＩ１のみを検出しているので、正確な透過荷電粒子像が得られる。
【００３８】  このように、実施の形態１では、ホルダＨＬ内において、透過荷電粒子ＥＢ２を光Ｌｌ１に直接変換し、光検出器４に接続される光電子増倍管によって、光Ｌｌ１を電気信号に変換できる。すなわち、信号変換の過程は、透過荷電粒子ＥＢ２、光ＬＩ１および電気信号の順番で行われるので、信号変換時のロスが少なく、収量の向上が可能となる。
【００３９】  また、透過電子像は、散乱角を変更することで像のコントラストが大きく異なる。例えば金属ナノ粒子を観察した場合、散乱角０ｍｒａｄ〜７５ｍｒａｄと、散乱角３００ｍｒａｄ〜６００ｍｒａｄとでは、コントラストが反転する。このため、明瞭な透過電子像の取得には、散乱角の制御が重要である。特に、荷電粒子線ＥＢ１の加速電圧が３０ｋＶである場合、明視野観察において、７５ｍｒａｄ以下の散乱角が必要になることが多い。散乱角を制御する場合、できるだけ試料ＳＡＭから離れた場所で行った方が、散乱角の制御の精度が向上する。そこで、実施の形態１では、シンチレータＳＣ１上に、マスクとなる散乱角絞りＡＳＡ１が設けられていることで、透過荷電粒子ＥＢ２がシンチレータＳＣ１に衝突する範囲を制限している。すなわち、マスクとなる散乱角絞りＡＳＡ１の形状を変更することによって、検出できる散乱角を容易に制御できる。
【００４０】  なお、実施の形態１では、底部材ＨＬｂ内におけるシンチレータＳＣ１は、散乱角絞りＡＳＡ１によって部分的に覆われているが、散乱角絞りＡＳＡ１は、暗視野も含めた所望の散乱角に対応した散乱角絞りに変更することが可能である。
【００４１】  このように、実施の形態１の荷電粒子線装置１００によれば、観察対象となる試料の明視野像または暗視野像が精度よく得られる。また、このような効果を得られるのは、試料ＳＡＭを搭載可能な上部材ＨＬｔと、開口部ＯＰ内に設けられたシンチレータＳＣ１とを有するホルダＨＬが提供されているからである。言い換えれば、実施の形態１によれば、観察対象となる試料ＳＡＭの明視野像または暗視野像が精度よく得られるようなホルダＨＬを提供できる。また、ホルダＨＬを用いることで、荷電粒子線装置１００の性能を向上させることができる。
【００４２】  また、上述のように、実施の形態１では、チャンバ１の上部に取り付けられた光検出器４を用いて、シンチレータＳＣ１から放出され、且つ、ホルダＨＬの開口部ＯＰから出射された光ＬＩ１を検出することができる。従って、ホルダＨＬにケーブルなどを接続させる必要が無い。すなわち、光ＬＩ１を検出するために、新しく専用の光検出器を導入し、新しい荷電粒子線装置の構造を開発し、検出システムの再構築を行う必要が無い。このため、これらに費やすためのコストを抑制することができる。
【００４３】  （変形例１）  以下に図３を用いて、実施の形態１の変形例１におけるホルダＨＬ、および、ホルダＨＬを有する荷電粒子線装置１００について説明する。
【００４４】  実施の形態１では、試料ＳＡＭの暗視野像を観察する場合について説明したが、変形例１では、試料ＳＡＭの明視野像を観察する場合について説明する。このため、変形例１では、実施の形態１における散乱角絞りＡＳＡ１に代えて、散乱角絞りＡＳＡ２が使用される。また、変形例１におけるシンチレータＳＣ２は、実施の形態１におけるシンチレータＳＣ１と同様の性質を有する。
【００４５】  図３に示されるように、変形例１では、荷電粒子線ＥＢ１は、試料ＳＡＭの内部で散乱し、または、散乱せずに、試料ＳＡＭの下方へ透過する。試料ＳＡＭを透過した透過荷電粒子ＥＢ３は、散乱角絞りＡＳＡ２を通過し、ホルダＨＬの開口部ＯＰ内において、シンチレータＳＣ２に衝突する。
【００４６】  変形例１における透過荷電粒子ＥＢ３は、実施の形態１における透過荷電粒子ＥＢ２よりも小さい散乱角で開口部ＯＰ内を透過している。すなわち、透過荷電粒子ＥＢ３が透過する方向と光軸ＯＡとが成す角度は、透過荷電粒子ＥＢ２が透過する方向と光軸ＯＡとが成す角度よりも小さい。このため、変形例１のホルダＨＬでは、小さい散乱角で透過する透過荷電粒子ＥＢ３のために、散乱角絞りＡＳＡ１に代えて、散乱角絞りＡＳＡ２が設けられている。変形例１における散乱角絞りＡＳＡ２は、透過荷電粒子ＥＢ３のみが通過できるように設計されている。
【００４７】  透過荷電粒子ＥＢ３がシンチレータＳＣ２に衝突した場合、透過荷電粒子ＥＢ３の運動エネルギーが光エネルギーへ変換され、シンチレータＳＣ２から光ＬＩ２が放出される。光ＬＩ２は、開口部ＯＰから出射され、光検出器４によって検出される。そして、検出された光ＬＩ２を基にして、画像処理機器６によって試料ＳＡＭの透過荷電粒子像（明視野像）が得られる。
【００４８】  このように、変形例１においても、暗視野像と明視野像との違いを除き、実施の形態１とほぼ同様な効果を得ることができる。
【００４９】  （実施の形態２）  以下に図４〜図６を用いて、実施の形態２における光学部材（部材）ＯＭ１、光学部材ＯＭ１を有するホルダＨＬ、および、ホルダＨＬを有する荷電粒子線装置２００について説明する。なお、以下では、実施の形態２と実施の形態１との相違点について主に説明する。
【００５０】  実施の形態２では、図１で説明したホルダＨＬに、光学部材ＯＭ１が備え付けられている。図４は、光学部材ＯＭ１の外観を示す斜視図であり、図５は、光学部材ＯＭ１が取り付けられたホルダＨＬの外観を示す斜視図であり、図６は、ホルダＨＬを有する荷電粒子線装置２００を示す断面図である。
【００５１】  図４に示されるように、光学部材ＯＭ１は、孔ＴＨ２が設けられてた導光体ＬＧ１からなる。導光体ＬＧ１は、光を透過させ、且つ、Ｘ線を透過させない機能を備える。導光体ＬＧ１を構成する材料は、例えばガラスまたはアクリル樹脂である。
【００５２】  また、光学部材ＯＭ１（導光体ＬＧ１）の平面形状は、円形または楕円形の一部に切り欠きＮＣ２が設けられた形状となっている。言い換えれば、光学部材ＯＭ１は、円柱または楕円柱の一部に切り欠きＮＣ２が設けられた柱体である。
【００５３】  図５に示されるように、光学部材ＯＭ１は、ホルダＨＬの開口部ＯＰ内に設けられる。この際、導光体ＬＧ１の一部はホルダＨＬの側部材ＨＬｓによって覆われ、導光体ＬＧ１の他部は側部材ＨＬｓから露出している。光学部材ＯＭ１の切り欠きＮＣ２は、側部材ＨＬｓによって覆われる箇所であり、ホルダＨＬの切り欠きＮＣ１に対応するように、開口部ＯＰ内に位置している。すなわち、光学部材ＯＭ１は、切り欠きＮＣ２が側部材ＨＬｓに接するように、開口部ＯＰ内に設けられている。これにより、光学部材ＯＭ１がホルダＨＬに取り付けられる際に、光学部材ＯＭ１およびホルダＨＬの位置合わせが容易となる。
【００５４】  また、光学部材ＯＭ１の孔ＴＨ２は、ホルダＨＬの孔ＴＨ１と平面視において重なり、孔ＴＨ２の口径は、孔ＴＨ１の口径よりも大きい。
【００５５】  図６に示されるように、荷電粒子光学鏡筐２から放出された荷電粒子線ＥＢ１は、孔ＴＨ１を通過し、試料ＳＡＭに照射され、試料ＳＡＭの内部で散乱し、試料ＳＡＭの下方へ透過する。シンチレータＳＣ１は、その一部が孔ＴＨ２内において露出するように、導光体ＬＧ１と底部材ＨＬｂとの間に設けられている。透過荷電粒子ＥＢ２は、孔ＴＨ２内において散乱角絞りＡＳＡ１を通過し、シンチレータＳＣ１に衝突する。
【００５６】  シンチレータＳＣ１から放出された光ＬＩ１は、導光体ＬＧ１内を透過し、導光体ＬＧ１の側面ＬＧ１ｓを出射面として開口部ＯＰから出射され、光検出器４によって検出される。
【００５７】  なお、導光体ＬＧ１は孔ＴＨ２を有するため、導光体ＬＧ１の側面は、孔ＴＨ２に沿った内径面と、導光体ＬＧ１の外壁に相当する外径面とを有するが、本願において「導光体ＬＧ１の側面」と記した場合、それは導光体ＬＧ１の外径面を意味する。このため、符号ＬＧ１ｓは、導光体ＬＧ１の側面および光ＬＩ１の出射面の両方に対して使用される。
【００５８】  上述のように、導光体ＬＧ１は、光を透過させる機能を備えている。ここで、シンチレータＳＣ１から放出された光ＬＩ１は、真空紫外光領域から可視光領域までの光である。従って、導光体ＬＧ１は、真空紫外光領域から可視光領域までの光を透過させる機能を備えているとも言える。
【００５９】  ところで、試料ＳＡＭの観察の際に、試料ＳＡＭから放出されるＸ線を検出し、試料ＳＡＭに含まれる元素を解析することが求められる場合がある。そこで、図６に示されるように、Ｘ線検出器５が、ホルダＨＬから離れるようにホルダＨＬの上方に位置し、且つ、荷電粒子線装置２００のチャンバ１の上部に取り付けられている。このようなＸ線検出器５は、一般的にＥＤＳ（Energy Dispersive X-ray Spectrometry）検出器と呼ばれている。
【００６０】  試料ＳＡＭの特定箇所に荷電粒子線ＥＢ１が照射されると、元素固有の情報を持った特性Ｘ線が発生する。これを上記ＥＤＳ検出器によって検出し、そのエネルギーおよび強度を測定することで、上記特定箇所を構成する元素を定性的に解析することができる。本願において、以降に説明されるＸ線ＸＲ１〜ＸＲ３は、例えばこのような特性Ｘ線である。
【００６１】  図６に示されるように、荷電粒子線ＥＢ１が試料ＳＡＭに照射された際に、試料ＳＡＭからＸ線ＸＲ１が放出され、透過荷電粒子ＥＢ２がシンチレータＳＣ１に衝突した際に、シンチレータＳＣ１からＸ線ＸＲ２が放出される。試料ＳＡＭに含まれる元素を解析するためには、Ｘ線ＸＲ１を検出すればよいが、Ｘ線検出器５がＸ線ＸＲ２も検出してしまうと、正しい元素解析が行えないという不具合がある。
【００６２】  そこで、上述のように、実施の形態２における導光体ＬＧ１には、Ｘ線を透過させない機能が備えられている。このため、Ｘ線検出器５は、Ｘ線ＸＲ２を検出せずに、Ｘ線ＸＲ１のみを検出できる。なお、導光体ＬＧ１の厚さが薄すぎると、Ｘ線ＸＲ２が透過する恐れがあるため、導光体ＬＧ１は、Ｘ線ＸＲ２が透過できないように、十分な厚さで形成されていることが好ましい。
【００６３】  （実施の形態３）  以下に図７を用いて、実施の形態３におけるホルダＨＬを有する荷電粒子線装置３００について説明する。なお、以下では、実施の形態３と実施の形態２との相違点について主に説明する。
【００６４】  実施の形態２では、ホルダＨＬの上部材ＨＬｔに試料ＳＡＭを設置するためのメッシュＭＳが設けられていたが、実施の形態３では、ホルダＨＬに上部材ＨＬｔが設けられておらず、上部材ＨＬｔの代わりにステージ３の一部である回転盤３ｄが設けられている。すなわち、孔ＴＨ１、メッシュＭＳ、および、メッシュＭＳ上に搭載される試料ＳＡＭは、回転盤３ｄに設けられている。
【００６５】  実施の形態３におけるステージ３は、台座部３ａ、回転部３ｂ、支柱部３ｃおよび回転盤３ｄを有する。台座部３ａは、前記チャンバの下部に取り付けられ、且つ、厚さ方向および水平方向の位置を調整する機構と、水平方向に回転する機構とを備える。回転部３ｂは、支柱部３ｃを回転させる機構を備え、支柱部３ｃを介して回転盤３ｄを回転させることができる。支柱部３ｃは、回転部３ｂおよび回転盤３ｄに接続されている。また、試料ＳＡＭを交換する時に、支柱部３ｃおよび回転盤３ｄは、ステージ３（回転部３ｂ）から容易に取り外すことができる。
【００６６】  回転盤３ｄは、実施の形態２における上部材ＨＬｔと同様にテーブルＴＢおよびキャップＣＰを有し、実施の形態２における上部材ＨＬｔよりも広い表面積を有する。回転盤３ｄには複数の孔ＴＨ１が設けられ、各々の孔ＴＨ１内において、メッシュＭＳおよび試料ＳＡＭを搭載することができる。
【００６７】  また、実施の形態３におけるホルダＨＬは、上述のように上部材ＨＬｔが設けられておらず、側部材ＨＬｓおよび底部材ＨＬｂからなる。このため、実施の形態３では、開口部ＯＰは、ステージ３の一部である回転盤３ｄ、側部材ＨＬｓおよび底部材ＨＬｂによって囲まれた領域である。また、開口部ＯＰ内には、実施の形態２と同様な光学部材ＯＭ１が設けられており、導光体ＬＧ１と底部材ＨＬｂとの間に、シンチレータＳＣ１が設けられている。
【００６８】  例えば、一つの試料ＳＡＭを観察した後、ステージ３の回転部３ｂを回転させることで回転盤３ｄが回転し、次の試料ＳＡＭを観察することができる。このように実施の形態３のホルダＨＬおよび荷電粒子線装置３００を用いれば、複数の試料ＳＡＭを観察する度に、チャンバ１内の圧力を大気圧に戻し、次の試料ＳＡＭが搭載されたホルダＨＬに交換し、再びチャンバ１内の圧力を調整するなどの手間を省略することができる。
【００６９】  （実施の形態４）  以下に図８〜図１４を用いて、実施の形態４における光学部材（部材）ＯＭ２、光学部材ＯＭ２を有するホルダＨＬ、および、ホルダＨＬを有する荷電粒子線装置４００について説明する。なお、以下では、実施の形態４と、実施の形態１または実施の形態２との相違点について主に説明する。
【００７０】  実施の形態４では、図１で説明したホルダＨＬに、光学部材ＯＭ２が備え付けられている。図８は、光学部材ＯＭ２の外観を示す斜視図であり、図９は、図８と反対側の光学部材ＯＭ２の外観を示す斜視図であり、図１０は、光学部材ＯＭ２が取り付けられたホルダＨＬの外観を示す斜視図であり、図１１は、導光体ＬＧ２の出射面ＬＧ２ｓおよび導光体ＬＧ３の出射面ＬＧ３ｓの大まかな位置を示す平面図である。また、図１２は、光学部材ＯＭ２を備えたホルダＨＬの詳細な断面図であり、図１３は、ホルダＨＬを有する荷電粒子線装置４００を示す断面図である。
【００７１】  図８および図９に示されるように、光学部材ＯＭ２は、孔ＴＨ３および孔ＴＨ４が設けられてた導光体ＬＧ２および導光体ＬＧ３を有する。導光体ＬＧ２および導光体ＬＧ３は、実施の形態２における導光体ＬＧ１と同様に、光を透過させ、且つ、Ｘ線を透過させない機能を備える。導光体ＬＧ２および導光体ＬＧ３を構成する材料は、例えばガラスまたはアクリル樹脂である。
【００７２】  また、導光体ＬＧ２および導光体ＬＧ３の各々の側面は、遮断層ＢＬによって部分的に覆われている。遮断層ＢＬを構成する材料は、ホルダＨＬおよびステージ３と同じであり、アルミニウムなどの金属、または、ステンレス鋼などの合金である。また、遮断層ＢＬを構成するこれらの材料は、光およびＸ線を透過させない機能を備える。また、上記光は、真空紫外光領域から可視光領域までの光である。
【００７３】  また、光学部材ＯＭ２の平面形状は、実施の形態２における光学部材ＯＭ１と同様に、円形または楕円形の一部に切り欠きＮＣ２が設けられた形状となっている。言い換えれば、光学部材ＯＭ２は、円柱または楕円柱の一部に切り欠きＮＣ２が設けられた柱体である。
【００７４】  なお、光学部材ＯＭ２では、導光体ＬＧ２および導光体ＬＧ３の各々の側面に、部分的に遮断層ＢＬが設けられている。そのため、光学部材ＯＭ２の平面形状は、円形または楕円形の弧の一部に薄い段差（凸凹）が形成されているので、厳密には、導光体ＬＧ２および導光体ＬＧ３の各々の平面形状が、円形または楕円形の一部に切り欠きＮＣ２が設けられた形状ということになる。しかし、ここでの平面形状の説明の主旨は、切り欠きＮＣ２にあるため、実施の形態４では、そのような些細な違いを誤差と認識し、光学部材ＯＭ２の平面形状は、円形または楕円形の一部に切り欠きＮＣ２が設けられた形状であると定義する。
【００７５】  図１０に示されるように、光学部材ＯＭ２は、ホルダＨＬの開口部ＯＰ内に設けられる。この際、光学部材ＯＭ２の切り欠きＮＣ２は、側部材ＨＬｓによって覆われる箇所であり、ホルダＨＬの切り欠きＮＣ１に対応するように、開口部ＯＰ内に位置している。すなわち、光学部材ＯＭ２は、切り欠きＮＣ２が側部材ＨＬｓに接するように、開口部ＯＰ内に設けられている。これにより、光学部材ＯＭ２がホルダＨＬに取り付けられる際に、光学部材ＯＭ２およびホルダＨＬの位置合わせが容易となる。
【００７６】  また、光学部材ＯＭ２の孔ＴＨ３および孔ＴＨ４は、ホルダＨＬの孔ＴＨ１と平面視において重なっている。
【００７７】  なお、実施の形態４では、光学部材ＯＭ２の切り欠きＮＣ２に沿った箇所は遮断層ＢＬによって覆われているが、図１０に示されるように、この箇所はホルダＨＬの側部材ＨＬによっても覆われるため、この箇所において、遮断層ＢＬは必須でなく、設けられていなくてもよい。
【００７８】  上述のように、導光体ＬＧ２および導光体ＬＧ３の各々の側面は、ホルダＨＬの側部材ＨＬｓおよび遮断層ＢＬによって部分的に覆われている。言い換えれば、平面視において、導光体ＬＧ２および導光体ＬＧ３の各々の側面は、側部材ＨＬｓおよび遮断層ＢＬによって分断されている。図１１に示されるように、導光体ＬＧ２の側面（出射面）ＬＧ２ｓおよび導光体ＬＧ３の側面（出射面）ＬＧ３ｓは、互いに反対側に位置し、ある程度の開口角で露出している。出射面ＬＧ２ｓおよび出射面ＬＧ３ｓの開口角は、光学部材ＯＭ２の中心（孔ＴＨ３の中心、孔ＴＨ４の中心）を基点とした中心角に相当し、実施の形態４では、光ＬＩ２および光ＬＩ３が出射される範囲を考慮して、それぞれ６０〜１２０度程度に設定されている。図１１では、上記開口角が１２０度である場合を例示している。
【００７９】  なお、導光体ＬＧ２または導光体ＬＧ３は、孔ＴＨ３または孔ＴＨ４を有するため、実施の形態２における導光体ＬＧ１と同様に、本願において「導光体ＬＧ２の側面」または「導光体ＬＧ３の側面」と記した場合、それらは導光体ＬＧ２または導光体ＬＧ３の各々の外径面を意味する。このため、符号ＬＧ２ｓは、上記のように導光体ＬＧ２の側面および光ＬＩ１の出射面の両方に対して使用され、符号ＬＧ３ｓは、上記のように導光体ＬＧ３の側面および光ＬＩ２の出射面の両方に対して使用される。
【００８０】  図１２および図１３に示されるように、遮断層ＢＬは、導光体ＬＧ２および導光体ＬＧ３が互いに接触しないように、導光体ＬＧ２と導光体ＬＧ３との間に設けられている。これにより、導光体ＬＧ２内を透過する光ＬＩ２および導光体ＬＧ３内を透過する光ＬＩ３が、互いに干渉されることを防止できる。
【００８１】  また、導光体ＬＧ２内には孔ＴＨ３が設けられ、導光体ＬＧ２内、遮断層ＢＬ内および導光体ＬＧ３内には、孔ＴＨ３と連通し、且つ、孔ＴＨ３よりも狭い口径を有する孔ＴＨ４が設けられている。なお、孔ＴＨ３の口径は、孔ＴＨ１および孔ＴＨ４の各々の口径よりも広い。
【００８２】  シンチレータＳＣ１は、孔ＴＨ３内において、孔ＴＨ４の周囲に位置する導光体ＬＧ２上に設けられ、導光体ＬＧ２に直接接している。シンチレータＳＣ２は、その一部が孔ＴＨ４内において露出するように、導光体ＬＧ３と底部材ＨＬｂとの間に設けられ、導光体ＬＧ３に直接接している。このため、シンチレータＳＣ１から放出された光ＬＩ１は、導光体ＬＧ２の内部に直接伝搬し、シンチレータＳＣ２から放出された光ＬＩ２は、導光体ＬＧ３の内部に直接伝搬する。
【００８３】  また、導光体ＬＧ２と遮断層ＢＬとの間、および、導光体ＬＧ３と遮断層ＢＬとの間には、光ＬＩ１および光ＬＩ２を反射させる目的で、反射膜（鏡膜）ＲＦが設けられている。反射膜ＲＦを構成する材料は、例えば、アルミなどの金属または真鍮などの合金である。なお、実施の形態４では、導光体ＬＧ２内を伝搬する光ＬＩ１および導光体ＬＧ３内を伝搬する光ＬＩ２の各々が減衰しないように、反射膜ＲＦを設けているが、このような目的が遮断層ＢＬによって十分に達成できる場合には、反射膜ＲＦは必須ではなく、設けられていなくてもよい。例えば、遮断層ＢＬの表面に鏡面加工を施すことで、遮断層ＢＬに反射膜ＲＦと同じ機能を備えさせることもできる。
【００８４】  図１２、図１３および図１４に示されるように、荷電粒子光学鏡筐２から放出された荷電粒子線ＥＢ１は、孔ＴＨ１を通過し、試料ＳＡＭに照射され、試料ＳＡＭの内部で散乱し、試料ＳＡＭの下方へ透過する。試料ＳＡＭを透過した透過荷電粒子のうち、相対的に大きい散乱角で透過した透過荷電粒子ＥＢ２は、孔ＴＨ３内においてシンチレータＳＣ１に衝突し、相対的に小さい散乱角で透過した透過荷電粒子ＥＢ３は、孔ＴＨ４内においてシンチレータＳＣ２に衝突する。言い換えれば、透過荷電粒子ＥＢ３が透過する方向と光軸ＯＡとが成す角度は、透過荷電粒子ＥＢ２が透過する方向と光軸ＯＡとが成す角度よりも小さく、透過荷電粒子ＥＢ２は、孔ＴＨ３内においてシンチレータＳＣ１に衝突し、透過荷電粒子ＥＢ３は、孔ＴＨ４内において散乱角絞りＡＳＡ２を通過し、シンチレータＳＣ２に衝突する。
【００８５】  図１３は、光ＬＩ１を検出する場合を示している。シンチレータＳＣ１から放出された光ＬＩ１は、導光体ＬＧ２内を透過し、導光体ＬＧ２の側面ＬＧ２ｓを出射面として開口部ＯＰから出射され、光検出器４によって検出される。
【００８６】  図１４は、光ＬＩ２を検出する場合を示している。まず、図１３の状態からステージ３を回転させることで、ホルダＨＬを回転させる。その場合、図１４に示されるように、シンチレータＳＣ２から放出された光ＬＩ２は、導光体ＬＧ３内を透過し、導光体ＬＧ３の側面ＬＧ３ｓを出射面として開口部ＯＰから出射され、光検出器４によって検出される。
【００８７】  上述のように、導光体ＬＧ２および導光体ＬＧ３は、光を透過させる機能を備えている。ここで、シンチレータＳＣ１から放出された光ＬＩ１およびシンチレータＳＣ２から放出された光ＬＩ２は、真空紫外光領域から可視光領域までの光である。従って、導光体ＬＧ２および導光体ＬＧ３は、真空紫外光領域から可視光領域までの光を透過させる機能を備えているとも言える。
【００８８】  ところで、実施の形態４においても実施の形態２と同様に、試料ＳＡＭの観察の際に、試料ＳＡＭから放出されるＸ線を検出し、試料ＳＡＭに含まれる元素を解析することが求められる場合がある。そこで、図１３および図１４に示されるように、荷電粒子線装置４００のチャンバ１には、実施の形態２と同様なＸ線検出器５が取り付けられている。
【００８９】  ここで、荷電粒子線ＥＢ１が試料ＳＡＭに照射された際に、試料ＳＡＭからＸ線ＸＲ１が放出され、透過荷電粒子ＥＢ２がシンチレータＳＣ１に衝突した際に、シンチレータＳＣ１からＸ線ＸＲ２が放出され、透過荷電粒子ＥＢ３がシンチレータＳＣ２に衝突した際に、シンチレータＳＣ２からＸ線ＸＲ３が放出される。
【００９０】  実施の形態４における導光体ＬＧ２および導光体ＬＧ３には、Ｘ線を透過させない機能が備えられている。このため、Ｘ線検出器５は、Ｘ線ＸＲ２およびＸ線ＸＲ３を検出せずに、Ｘ線ＸＲ１のみを検出できる。なお、導光体ＬＧ２および導光体ＬＧ３の厚さが薄すぎると、Ｘ線ＸＲ２およびＸ線ＸＲ３が透過する恐れがあるため、導光体ＬＧ２および導光体ＬＧ３は、Ｘ線ＸＲ２およびＸ線ＸＲ３が透過できないように、十分な厚さで形成されていることが好ましい。  
【００９１】  また、遮断層ＢＬおよびホルダＨＬの各々は、金属材料または合金材料からなり、光およびＸ線を透過させない機能を有している。このため、実施の形態４では、光ＬＩ１および光ＬＩ２は、互いに混在することなく、それぞれ出射面ＬＧ２ｓおよび出射面ＬＧ３ｓから出射される。従って、光ＬＩ１および光ＬＩ２を的確に光検出器４によって検出できる。そして、導光体ＬＧ２、導光体ＬＧ３、遮断層ＢＬおよびホルダＨＬによって、Ｘ線ＸＲ２およびＸ線ＸＲ３を遮断することができる。
【００９２】  また、実施の形態４では、散乱角の異なる透過荷電粒子ＥＢ３および透過荷電粒子ＥＢ４から、光ＬＩ１および光ＬＩ２を同時に放出させることができる。そして、チャンバ１からホルダＨＬを取り出すことなく、ステージ３を回転させるだけで、光ＬＩ１および光ＬＩ２の各々を光検出器４によって検出できる。
【００９３】  例えば、実施の形態１または実施の形態２では、一つの試料から暗視野像および明視野像の両方を得ようと試みた場合、ホルダＨＬを交換し、シンチレータＳＣ１および散乱角絞りＡＳＡ１を、シンチレータＳＣ２および散乱角絞りＡＳＡ２に交換する必要がある。これに対して、実施の形態４では、ホルダＨＬの交換などを行わなくとも、暗視野像および明視野像の両方を得られる。
【００９４】  特に、試料ＳＡＭにおいて観察対象となる構造体が、ナノメータ（ｎｍ）単位の構造体であり、この構造体から暗視野像および明視野像の両方を得たい場合、ホルダＨＬの交換などを行う度に、全く同じ被写体を特定し、全く同じ観察点を見つけ出すことが非常に困難である。実施の形態４のように、光学部材ＯＭ２を有するホルダＨＬを用いることで、そのような不具合を抑制することができ、精度の高い暗視野像および明視野像を得ることができる。
【００９５】  （実施の形態５）  以下に図１５を用いて、実施の形態５における荷電粒子線装置５００について説明する。なお、以下では、実施の形態５と実施の形態４との相違点について主に説明する。
【００９６】  実施の形態５では、実施の形態４と同様に、図１で説明したホルダＨＬに、図８および図９で説明した光学部材ＯＭ２が備え付けられている。しかしながら、実施の形態５では、実施の形態４と異なり、図１５に示されるように、光検出器４ａおよび光検出器４ｂの二つの光検出器が、ホルダＨＬから離れるようにホルダＨＬの上方に位置し、且つ、チャンバ１の上部に取り付けられている。これらの光検出器４ａおよび光検出器４ｂは、実施の形態４の光検出器４と同様の機能を有し、同じ画像処理機器６に接続されている。
【００９７】  光検出器４ａおよび光検出器４ｂは、それぞれ導光体ＬＧ２および導光体ＬＧ３に対向し、ホルダＨＬを挟んで反対側に位置している。すなわち、光検出器４ａは、光検出器４ｂよりも導光体ＬＧ２の出射面ＬＧ２ｓの近くに位置し、光検出器４ｂは、光検出器４ａよりも導光体ＬＧ３の出射面ＬＧ３ｓの近くに位置している。
【００９８】  出射面ＬＧ２ｓから出射される光ＬＩ１は、光検出器４ａによって検出され、出射面ＬＧ３ｓから出射される光ＬＩ２は、光検出器４ｂによって検出される。このため、実施の形態５では、実施の形態４と比較して、光検出器４ｂを設けた分、荷電粒子線装置５００のコストが上昇するが、ステージ３を回転させることなく光ＬＩ１および光ＬＩ２を検出できる。従って、試料ＳＡＭの暗視野像および明視野像を、同時に得ることができる。
【００９９】  （実施の形態６）  以下に図１６を用いて、実施の形態６におけるホルダＨＬを有する荷電粒子線装置６００について説明する。なお、以下では、実施の形態６と実施の形態５との相違点について主に説明する。また、実施の形態６に開示される技術思想は、上述の実施の形態３で開示した技術思想と酷似しているため、以下の説明では、実施の形態３で説明した内容と重複する説明について省略する場合もある。
【０１００】  実施の形態６では、実施の形態５と同様に光学部材ＯＭ２、光検出器４ａおよび光検出器４ｂが用いられているが、実施の形態３と同様に上部材ＨＬｔの代わりにステージ３の一部である回転盤３ｄが設けられている。すなわち、孔ＴＨ１、メッシュＭＳ、および、メッシュＭＳ上に搭載される試料ＳＡＭは、回転盤３ｄに設けられている。
【０１０１】  実施の形態６におけるステージ３は、実施の形態３と同様に、台座部３ａ、回転部３ｂ、支柱部３ｃおよび回転盤３ｄを有する。また、実施の形態６におけるホルダＨＬは、上述のように上部材ＨＬｔが設けられておらず、側部材ＨＬｓおよび底部材ＨＬｂからなる。このため、実施の形態６でも、開口部ＯＰは、ステージ３の一部である回転盤３ｄ、側部材ＨＬｓおよび底部材ＨＬｂによって囲まれた領域である。また、開口部ＯＰ内には、実施の形態５と同様な光学部材ＯＭ２が設けられている。
【０１０２】  実施の形態６では、一つの試料ＳＡＭを観察した後、ステージ３の回転部３ｂを回転させることで回転盤３ｄが回転し、次の試料ＳＡＭを観察することができる。このように実施の形態３のホルダＨＬおよび荷電粒子線装置６００を用いれば、複数の試料ＳＡＭを観察する度に、チャンバ１内の圧力を大気圧に戻し、次の試料ＳＡＭが搭載されたホルダＨＬに交換し、再びチャンバ１内の圧力を調整するなどの手間を省略することができる。
【０１０３】  すなわち、光ＬＩ１および光ＬＩ２を同時に検出でき、試料ＳＡＭの暗視野像および明視野像を、同時に得ることができるだけでなく、ホルダＨＬの交換などを行わなくとも、次の試料ＳＡＭを早急に観察できる。そして、次の試料ＳＡＭに対しても、光ＬＩ１および光ＬＩ２を同時に検出でき、試料ＳＡＭの暗視野像および明視野像の両方を得ることができる。
【０１０４】  なお、実施の形態６では、実施の形態５を基にして、光検出器４ａおよび光検出器４ｂの二つの光検出器が設けられている場合を説明したが、実施の形態６における荷電粒子線装置６００は、実施の形態４のように一つの光検出器４が設けられている場合でも適用することができる。その場合、光ＬＩ１および光ＬＩ２を同時に検出できなくなるが、光検出器４ｂを設けない分、荷電粒子線装置６００のコストを抑制できる。
【０１０５】  （実施の形態７）  以下に図１７〜図２０を用いて、実施の形態７における光学部材（部材）ＯＭ３、および、光学部材ＯＭ３を備えるホルダＨＬについて説明する。なお、以下では、実施の形態７と実施の形態４との相違点について主に説明する。
【０１０６】  実施の形態７では、図１で説明したホルダＨＬに、光学部材ＯＭ３が備え付けられている。また、実施の形態７における荷電粒子線装置は、光学部材ＯＭ２が光学部材ＯＭ３に置き換えられている点を除き、実施の形態４における荷電粒子線装置４００と同様である。
【０１０７】  図１７は、光学部材ＯＭ３の外観を示す斜視図であり、図１８は、図１７と反対側の光学部材ＯＭ３の外観を示す斜視図であり、図１９は、光学部材ＯＭ３が取り付けられたホルダＨＬの外観を示す斜視図である。また、図２０は、光学部材ＯＭ３を備えたホルダＨＬの詳細な断面図である。
【０１０８】  図１７および図１８に示されるように、光学部材ＯＭ３は、実施の形態４における光学部材ＯＭ２と同様に、導光体ＬＧ２および導光体ＬＧ３を有するが、遮断層ＢＬが導光体ＬＧ２および導光体ＬＧ３の各々の側面を覆う位置が、実施の形態４における光学部材ＯＭ２と相違している。しかしながら、平面視における導光体ＬＧ２の出射面ＬＧ２ｓおよび導光体ＬＧ３の出射面ＬＧ３ｓの各々の位置は、図１１と同様である。また、光学部材ＯＭ３の平面形状は、実施の形態４における光学部材ＯＭ２と同様に、円形または楕円形の一部に切り欠きＮＣ２が設けられた形状となっている。言い換えれば、光学部材ＯＭ３は、円柱または楕円柱の一部に切り欠きＮＣ２が設けられた柱体である。
【０１０９】  図１９に示されるように、光学部材ＯＭ３は、ホルダＨＬの開口部ＯＰ内に設けられる。この際、光学部材ＯＭ３は、切り欠きＮＣ２が側部材ＨＬｓに接するように、開口部ＯＰ内に設けられている。これにより、光学部材ＯＭ３がホルダＨＬに取り付けられる際に、光学部材ＯＭ３およびホルダＨＬの位置合わせが容易となる。
【０１１０】  また、光学部材ＯＭ２の孔ＴＨ３および孔ＴＨ４は、ホルダＨＬの孔ＴＨ１と平面視において重なっている。
【０１１１】  なお、実施の形態７では、光学部材ＯＭ３の切り欠きＮＣ２に沿った箇所は遮断層ＢＬによって覆われているが、図１９に示されるように、この箇所はホルダＨＬの側部材ＨＬによっても覆われるため、この箇所において、遮断層ＢＬは必須でなく、設けられていなくてもよい。
【０１１２】  図２０に示されるように、遮断層ＢＬは、導光体ＬＧ２および導光体ＬＧ３が互いに接触しないように、導光体ＬＧ２と導光体ＬＧ３との間に設けられている。これにより、導光体ＬＧ２内を透過する光ＬＩ２および導光体ＬＧ３内を透過する光ＬＩ３が、互いに干渉されることを防止できる。
【０１１３】  また、導光体ＬＧ２内には孔ＴＨ３が設けられ、導光体ＬＧ２内および遮断層ＢＬ内には、孔ＴＨ３と連通し、且つ、孔ＴＨ３よりも狭い口径を有する孔ＴＨ４が設けられている。なお、孔ＴＨ３の口径は、孔ＴＨ１および孔ＴＨ４の各々の口径よりも広い。
【０１１４】  シンチレータＳＣ１は、孔ＴＨ３内において、孔ＴＨ４の周囲に位置する導光体ＬＧ２上に設けられ、導光体ＬＧ２に直接接している。シンチレータＳＣ２は、その一部が孔ＴＨ４内において露出し、且つ、導光体ＬＧ３に直接接するように、導光体ＬＧ３上に設けられている。このため、シンチレータＳＣ１から放出された光ＬＩ１は、導光体ＬＧ２の内部に直接伝搬し、シンチレータＳＣ２から放出された光ＬＩ２は、シンチレータＳＣ２の下方において、導光体ＬＧ３の内部に直接伝搬する。また、散乱角絞りＡＳＡ２は、シンチレータＳＣ２と遮断層ＢＬとの間に設けられている。
【０１１５】  シンチレータＳＣ１から放出された光ＬＩ１は、導光体ＬＧ２内を透過し、導光体ＬＧ２の側面ＬＧ２ｓを出射面として開口部ＯＰから出射され、光検出器４によって検出される。また、シンチレータＳＣ２から放出された光ＬＩ２は、導光体ＬＧ３内を透過し、導光体ＬＧ３の側面ＬＧ３ｓを出射面として開口部ＯＰから出射され、ホルダＨＬを回転させることで、光検出器４によって検出される。
【０１１６】  また、導光体ＬＧ２と遮断層ＢＬとの間、および、導光体ＬＧ３と遮断層ＢＬとの間には、光ＬＩ１および光ＬＩ２を反射させる目的で、反射膜（鏡膜）ＲＦが設けられているが、実施の形態４で説明した理由と同様の理由から、反射膜ＲＦが設けられていない場合もあり得る。
【０１１７】  上述のように、実施の形態７における荷電粒子線装置は、光学部材ＯＭ２が光学部材ＯＭ３に置き換えられている点を除き、実施の形態４における荷電粒子線装置４００と同様である。このため、その他の観察手段およびそれらの効果などの説明は、実施の形態４とほぼ同様であるので、ここではそれらの詳細な説明を省略する。
【０１１８】  また、実施の形態７においても、実施の形態５と同様に、チャンバ１の上部に光検出器４ａおよび光検出器４ｂの二つの光検出器が取り付けられていてもよい。その場合、ステージ３を回転させることなく光ＬＩ１および光ＬＩ２を検出できるので、試料ＳＡＭの暗視野像および明視野像を、同時に得ることができる。
【０１１９】  また、実施の形態７においても、実施の形態６と同様に、上部材ＨＬｔの代わりに、ステージ３の一部であり、且つ、複数のメッシュＭＳおよび複数の試料ＳＡＭを有する回転盤３ｄを設けてもよい。その場合、ホルダＨＬの交換などを行わなくとも、次の試料ＳＡＭを早急に観察できる。
【０１２０】  以上、本発明を実施するための形態に基づき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】
【０１２１】１    チャンバ２    荷電粒子光学鏡筐３    ステージ３ａ    台座部３ｂ    回転部３ｃ    支柱部３ｄ    回転盤４、４ａ、４ｂ    光検出器５    Ｘ線検出器６    画像処理機器１００、２００、３００、４００、５００、６００    荷電粒子線装置ＡＳＡ１〜ＡＳＡ３    散乱角絞りＢＬ    遮断層ＣＰ    キャップＥＢ１    荷電粒子線（電子線）ＥＢ２〜ＥＢ４    透過荷電粒子（透過電子）ＥＢ５、ＥＢ６    二次電子ＥＴＤ    検出器ＨＬ    ホルダＨＬｂ    底部材ＨＬｓ    側部材ＨＬｔ    上部材ＬＧ１〜ＬＧ３    導光体ＬＧ１ｓ〜ＬＧ３ｓ    側面（外径面、出射面）ＬＩ１、ＬＩ２    光ＮＣ１、ＮＣ２    切り欠き部ＭＲ    反射膜（鏡膜）ＭＳ    メッシュＯＡ    光軸ＯＭ１〜ＯＭ３    光学部材（部材）ＯＰ    開口部ＲＦ    反射板ＳＡＭ    試料ＳＣ１、ＳＣ２    シンチレータＴＢ    テーブルＴＨ１〜ＴＨ４    孔ＸＲ１〜ＸＲ３    Ｘ線
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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