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JP6913344B2 - 荷電粒子ビーム装置 - Google Patents

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Description

本発明は、荷電粒子ビーム装置に関する。
従来、対物レンズの出射面と試料との間に電極を備え、試料と電極とを同電位にするように負電圧を印加することによって、試料に入射する電子ビームを減速する走査型電子線装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−３１１６４６号公報
上記従来技術に係る走査型電子線装置は、試料の周辺に電子ビームを減速させる電界を形成するリターディング法によって、高分解能を維持しながら、試料の電子線損傷を抑制して、試料の表面構造の観察を低加速電圧領域にて実現することができる。電子ビームの光軸上に配置される電極（リターディング電極）に負電圧を印加するので、例えばリターディング電極が省略されて試料に直接に負電圧を印加する場合に比べて、試料の平坦度および形状に起因する電界の不均一を抑制することができる。
ところで、上記従来技術に係る走査型電子線装置によれば、適正な観察領域の範囲はリターディング電極によって規制されるので、観察対象となる試料の部位とリターディング電極との相対的な位置合わせを精度良く行う必要が生じる。しかしながら、リターディング電極が対物レンズなどに固定されている場合には、精度の良い位置合わせを容易に行うことができない虞がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、試料に入射する電子ビームを減速させる電極と試料との適正かつ精度の良い位置合わせを容易に実行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。
（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、少なくとも前記試料ステージの傾斜軸と平行な方向に変位可能に設けられ、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貫通孔が形成されている電極部材と、前記電極部材を変位させる駆動手段と、前記荷電粒子ビームを前記試料に対して減速させるように前記試料室の外部から前記電極部材に負電圧を印加する電源と、前記試料室および前記駆動手段と、前記電極部材との間を電気的に絶縁する電気絶縁部材と、を備えることを特徴とする荷電粒子ビーム装置である。

（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、前記荷電粒子ビーム鏡筒の光軸に平行な移動方向に前記電極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、前記試料ステージの傾斜に干渉しない範囲で前記電極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。
（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、前記貫通孔の内面の外形は、前記電極部材の表面に滑らかに連続する凸曲面状に形成されていることを特徴とする。
（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、前記電源は、前記電極部材および前記試料を同電位にするように前記電極部材および前記試料に負電圧を印加することを特徴とする。
（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、前記試料に接触する第１端子と、前記試料から離れた位置に設けられる第２端子と、前記第１端子と前記第２端子とを電気的に接続する電気接続部材と、を備え、前記電源は前記第２端子および前記電極部材に負電圧を印加することを特徴とする。
（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。
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とともに荷電粒子ビームを試料に対して減速させるための負電圧が印加される電極部材を備えるので、駆動手段による電極部材の駆動によって、電極部材と試料との適正かつ精度の良い位置合わせを容易に実行することができる。
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。 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。 本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の電極駆動機構を拡大して示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の電極駆動機構および試料台の概略構成を示す側面図である。 本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の電極部材を試料ステージ側から見た平面図であり、電極貫通孔が挿入位置に配置される状態を示す図である。 本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の電極部材の断面図である。 本発明の実施形態の変形例に係る荷電粒子ビーム装置の電極部材を試料ステージ側から見た平面図であり、電極貫通孔が挿入位置に配置される状態を示す図である。 本発明の実施形態の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。
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の電極駆動機構１９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の電極駆動機構１９および試料台１２の概略構成を示す側面図である。
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、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および試料Ｓに対する電極駆動機構１９および電源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、および表示装置２３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。
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。
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、電極部材４５に電気的に接続されている。
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。
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。
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。
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。
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。
電極駆動機構１９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、電極部材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。
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。なお、アクチュエータ５１は、より好ましくは、電子ビーム鏡筒１３の光軸に平行な移動方向（例えばＺ軸方向）に駆動する機構を備えてもよい。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。
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および電極部材４５との間を、電気的および熱的に絶縁する。
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、電極部材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、電気接続部材３７およびケーブル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と試料台１２の第２端子１２ｂとに電気的に接続される。電気接続部材３７およびケーブル４６は、駆動機構４２による第２支持部材４４および電極部材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。
図５は、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１０の電極部材４５を試料ステージ３１側から見た平面図であり、電極貫通孔４５ａが挿入位置に配置される状態を示す図である。図６は、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１０の電極部材４５の断面図である。
電極部材４５は、第２支持部材４４に固定されている。電極部材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。電極部材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。
電極部材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に対してＺ軸方向で臨む位置などのように、電子ビームの光軸上の位置である。退出位置は、例えば、電子ビームの光軸上の位置からＸ軸方向にずれた位置などのように、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に干渉しない位置である。電極部材４５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。電極部材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電極貫通孔４５ａが形成されている。電極貫通孔４５ａ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、電極貫通孔４５ａの直径が開口１３ｂの直径の半分程度となるようにして、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しない大きさに形成されている。電極貫通孔４５ａの内面の外形は、電極部材４５の表面に滑らかに連続する凸曲面状に形成されている。電極貫通孔４５ａは、例えば、駆動機構４２によるＸ軸方向での電極部材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。
電極部材４５は、第２支持部材４４、電気接続部材３７、および配線１２ｃなどを介して試料台１２の照射対象に電気的に接続されている。なお、電極部材４５は、試料台１２の照射対象に直接的に接触することによって電気的に接続されてもよい。
電源２０は、試料室１１の外部の端子４１ｂに電気的に接続されているので、ケーブル４６および第２支持部材４４を介して電極部材４５に電気的に接続される。電源２０は、ケーブル４６、電気接続部材３７、および配線１２ｃなどを介して試料台１２の照射対象に電気的に接続される。電源２０は、少なくとも電極部材４５の電極貫通孔４５ａが挿入位置に配置されている状態において、電極部材４５および照射対象を同電位にするように電極部材４５および照射対象に負電圧を印加する。
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。
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とともに、電子ビームを照射対象に対して減速させるための負電圧が印加される電極部材４５を備えるので、電極部材４５と照射対象との適正かつ精度の良い位置合わせを容易に実行することができる。
駆動機構４２は、試料ステージ３１の傾斜軸Ｔに平行な移動方向に電極部材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の回転に対して電極部材４５の駆動が干渉することを抑制することができる。
駆動機構４２は、試料ステージ３１の傾斜軸Ｔに直交するＹ軸方向に電極部材４５を変位させるアクチュエータ５１を備えるので、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観察に干渉しないように、迅速に挿入位置から退避させることができる。
駆動機構４２は、電子ビーム鏡筒１３の光軸に平行な移動方向に電極部材４５を変位させるアクチュエータ５１を備えるので、電極部材４５と照射対象との適正かつ精度の良い位置合わせを容易に実行することができる。
電極貫通孔４５ａの内面の外形は、電極部材４５の表面に滑らかに連続する凸曲面状に形成されているので、照射対象の周辺に電子ビームを減速させるための適正な電界を形成させることができる。
電源２０は、電極部材４５および照射対象を同電位にするように電極部材４５および照射対象に負電圧を印加するので、照射対象の周辺に電子ビームを減速させるための適正な電界を安定的に形成させることができる。
電極部材４５および照射対象は、第２支持部材４４、電気接続部材３７、および配線１２ｃなどを介して間接的に電気的に接続されるので、電極部材４５および照射対象が直接的に接触する場合に比べて、照射対象の損傷（例えば、導電性被膜の欠損など）が生じることを防ぐことができる。
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７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の電極部材４５を試料ステージ３１側から見た平面図であり、電極貫通孔４５ａが挿入位置に配置される状態を示す図である。
上述した実施形態において、電極部材４５は、リターディング用の電極貫通孔４５ａに加えて、他の機能を有する部位を備えてもよい。変形例に係る電極部材４５は、例えば、開閉部６１、接触部６２、および絞り部６３を備えている。
開閉部６１は、例えば、電極部材４５のＸ軸方向における電子ビーム鏡筒１３に遠い側の端部などに設けられている。開閉部６１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。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軸方向での電極部材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。
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による電極部材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による電極部材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。
接触部６２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、電極部材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。
電極部材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によって検出される。なお、接触部６２と照射対象との接触有無を検出する場合には、電気接続部材３７および配線１２ｃなどを介した電極部材４５と試料台１２の照射対象との電気的な接続は遮断され、試料台１２の照射対象は試料室１１に電気的に接続されている。
絞り部６３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を絞るように設けられている。絞り部６３は、例えば、開閉部６１と電極貫通孔４５ａとの間に設けられている。絞り部６３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６３ａが形成されている。絞り貫通孔６３ａ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６３ａ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。
変形例に係る電極部材４５は、例えば、駆動機構４２によるＸ軸方向での電極部材４５の駆動に応じて、開閉部６１、接触部６２、および絞り部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。
絞り部６３を備える電極部材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。絞り部６３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６３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６３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、電極貫通孔４５ａまたは接触部６２の貫通孔６２ａが挿入位置に配置されるように、電極貫通孔４５ａまたは接触部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６３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６３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。
図８は、上述した実施形態の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。
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。
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。
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軸方向での電極部材４５の駆動に応じて、絞り部６３の絞り貫通孔６３ａが配置される。絞り貫通孔６３ａ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６３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。
変形例によれば、絞り部６３の絞り貫通孔６３ａ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。
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電極部材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の傾斜に対して電極部材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電極部材４５を変位させてもよい。
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…電極駆動機構、２０…電源、２１…制御装置、２２…入力デバイス、２３…表示装置、４２…駆動機構、４３…絶縁部材、４５…電極部材、４５ａ…電極貫通孔、６１…開閉部、６２…接触部、６２ａ…貫通孔、６２ｂ…突出部、６３…絞り部、６３ａ…絞り貫通孔、Ｓ…試料

Claims (7)

  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、少なくとも前記試料ステージの傾斜軸と平行な方向に変位可能に設けられ、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貫通孔が形成されている電極部材と、
    前記電極部材を変位させる駆動手段と、
    前記荷電粒子ビームを前記試料に対して減速させるように前記試料室の外部から前記電極部材に負電圧を印加する電源と、
    前記試料室および前記駆動手段と、前記電極部材との間を電気的に絶縁する電気絶縁部材と、
    を備えることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
  2. 前記駆動手段は、前記荷電粒子ビーム鏡筒の光軸に平行な移動方向に前記電極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。
  3. 前記駆動手段は、前記試料ステージの傾斜に干渉しない範囲で前記電極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。
  4. 前記貫通孔の内面の外形は、前記電極部材の表面に滑らかに連続する凸曲面状に形成されている、
    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。
  5. 前記電源は、前記電極部材および前記試料を同電位にするように前記電極部材および前記試料に負電圧を印加する、
    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。
  6. 前記試料に接触する第１端子と、
    前記試料から離れた位置に設けられる第２端子と、
    前記第１端子と前記第２端子とを電気的に接続する電気接続部材と、を備え、
    前記電源は前記第２端子および前記電極部材に負電圧を印加する、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。
  7. 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６の何れか１項に記載の荷電粒子ビーム装置。
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