JP2007294365A - 試料検査方法、試料保持体、及び試料検査装置並びに試料検査システム - Google Patents

Abstract

【課題】 外気に開放された常圧雰囲気に配置された試料に、電子線等の荷電粒子線を照射して試料検査を行うことにより、試料検査における試料交換を迅速に行う。
【解決手段】 試料保持膜１２の常圧雰囲気に接する第１の面に配置された試料１１に、試料保持膜１２の減圧雰囲気に接する第２の面側から該膜１２を介して試料１１に電子線６を照射し、当該照射により試料１１から発生する二次的信号を検出して試料１１の情報を取得する。真空室７外の常圧雰囲気にて試料の交換ができるので、試料交換を迅速に行うことができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、常圧雰囲気に配置された試料に荷電粒子線等の一次線を照射して、当該試料の検査を行うことのできる試料検査方法、試料保持体、及び試料検査装置並びに試料検査システムに関する。

走査型電子顕微鏡（以下、「ＳＥＭ」という）の構成を備える試料検査装置では、検査対象となる試料は、通常、真空引きにより減圧された試料室内に配置される。そして、このように減圧雰囲気とされた試料室内に配置された試料に電子線（荷電粒子線）が照射され、当該照射により試料から発生する二次電子や反射電子等の二次的信号が検出される。

このような走査型電子顕微鏡による試料検査においては、試料が減圧雰囲気に晒されることとなる。よって、水分を含有する試料が検査対象であるときには、減圧雰囲気とされた試料室内に試料をそのまま配置すると、試料から水分が蒸発してしまい、水分が含まれた状態での試料の検査に支障をきたすこととなる。

従って、試料に水分が含まれた状態で試料検査を行う際には、試料から水分が蒸発しないようにする必要がある。このためには、試料が減圧雰囲気に晒されることがないようにする必要がある。

このように試料が減圧雰囲気に晒されることなくＳＥＭを用いて試料検査を行う例の一つとして、膜により開口（アパーチャ）が密封された試料容器（サンプルチャンバ）の内部に試料を配置し、減圧雰囲気とされたＳＥＭの試料室内に、この試料容器を設置する手法が考えられている。

ここで、試料が配置される試料容器の内部は減圧されない。そして、試料容器に形成された当該開口を覆う膜は、ＳＥＭの試料室内の減圧雰囲気と試料容器内部の減圧されていない雰囲気（例えば、大気圧雰囲気）との間の圧力差に耐えられるとともに、電子線が透過するものとなっている（特許文献１参照）。

試料検査を行う際には、減圧雰囲気とされたＳＥＭの試料室内に配置された試料容器の当該膜を介して、試料容器の外部から試料容器内の試料に電子線が照射される。電子線が照射された試料からは反射電子が発生し、この反射電子は試料容器の当該膜を通過して、ＳＥＭの試料室内に設けられた反射電子検出器によって検出される。これにより、ＳＥＭによる像（ＳＥＭ像）が取得されることとなる。

なお、このように真空と大気圧との圧力差に耐えられる膜を介して試料に電子線を照射し、試料から発生する反射電子を検出してＳＥＭ像を取得する例は、非特許文献１（当該文献のChapter1 Introduction）にも記載されている。

また、このような膜を対向して設置して一対の膜を構成し、該一対の膜の間に試料を配置して透過型電子顕微鏡による像を取得する例は、特許文献２及び特許文献３に記載されている。特に、特許文献２には、このような一対の膜を利用して、その間に配置された試料のＳＥＭ像を取得する場合についても言及されている。

特表２００４−５１５０４９号公報 特開昭４７−２４９６１号公報 特開平６−３１８４４５号公報 「Atmospheric scanning electron microscopy」 Green, Evan Drake Harriman, Ph.D., Stanford University, 1993

上記の試料検査において、複数の試料が検査対象となることが多い。この場合、一の試料の検査後に、他の試料への交換を迅速に行うことが必要である。しかしながら、上述の例においては、減圧された試料室の内部に試料が位置しているので、試料交換に手間と時間がかかる。

また、上述の試料容器を用いた場合には、細胞等の湿潤試料のＳＥＭ像による検査には好適である。しかしながら、水分を多く含む液状の試料を検査対象とする場合において、試料内で沈殿された沈殿物のＳＥＭ像を取得する検査を行う際には不向きであると考えられる。

すなわち、液状の試料内における沈殿物は、電子線が入射して透過する膜から離れることとなるので、該膜を通過した電子線が沈殿物に到達するまでに減衰してしまうとともに、電子線が照射された沈殿物から発生する反射電子も該膜に到達するまでに減衰してしまうからである。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、外気に開放された常圧雰囲気に配置された試料に、一次線として電子線等の荷電粒子線を照射して試料検査を行うことにより、試料交換を迅速に行うことのできる試料検査方法及び試料保持体並びに試料検査装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、液状の試料内における沈殿物の検査を好適に行うことのできる試料検査方法並びに試料検査装置を提供することを目的とする。

本発明に基づく一の試料検査方法は、試料を保持するための膜の常圧雰囲気に接する第１の面に配置された試料に、該膜の減圧雰囲気に接する第２の面側から該膜を介して試料に一次線を照射し、当該照射により試料から発生する二次的信号を検出して試料の情報を取得することを特徴とする。

本発明の他の試料検査方法は、試料を保持するための膜の常圧雰囲気に接する第１の面に試料を配置する工程と、該膜の第２の面に接する雰囲気を減圧する工程と、該膜の第２の面側から該膜を介して試料に一次線を照射する工程と、当該照射により試料から発生する二次的信号を検出する工程とを有することを特徴とする。

本発明に基づく試料保持体は、荷電粒子線が透過する膜を有し、該膜の第１の面に配置された試料に、該膜の第２の面側から該膜を介して荷電粒子線を照射できる試料保持体であって、該膜の第１の面における試料の保持領域を回避して当該第１の面に固定用部材が設けられていることを特徴とする。

本発明に基づく試料検査装置は、常圧雰囲気に接する第１の面に試料が保持される膜と、該膜の第２の面に接する雰囲気を減圧する手段と、該膜の第２の面側から該膜を介して試料に一次線を照射する手段と、当該照射により試料から発生する二次的信号を検出する手段とを備えることを特徴とする。

本発明に基づく試料検査システムは、前記試料保持体保持領域に配置された試料に、当該試料保持体を構成する前記膜の第２の面側から該膜を介して荷電粒子線を照射し、当該照射により試料から発生する二次的信号を検出して試料の情報を取得する試料検査装置を備え、前記試料の前処理手段と、前処理がされた試料を前記試料保持体の保持領域に供給する手段と、試料を保持した試料保持体を当該試料検査装置に移動する手段とを具備することを特徴とする。

本発明では、試料が保持される膜の常圧雰囲気に接する第１の面に試料が配置され、該膜の第２の面側から該膜を介して一次線が試料に照射される。よって、試料交換時には、試料室の外部の常圧雰囲気内で試料の交換を行うことができるので、試料の交換作業を効率良く行うことができる。

また、本発明において、当該第１の面が該膜の上面であり且つ当該第２の面が該膜の下面となっていれば、液状の試料内の沈殿物は該膜の上面（第１の面）側に沈殿して該膜に接近するので、当該沈殿物の検査を良好に行うことができる。

以下、図面を参照して本発明について説明する。図１は、本発明における試料検査装置を示す概略構成図である。

図１において、試料検査装置は鏡筒５を具備している。この鏡筒５は、電子銃（電子線源）１、集束レンズ（コンデンサレンズ）２、走査コイル（走査ユニット）３、及び対物レンズ４を備えている。

鏡筒５は、試料検査装置を構成する真空室７に接続されている。すなわち、鏡筒５は、真空室５の下端壁７ａに固定され、鏡筒５の先端部５ａは、真空室７の内部に配置されている。

また、真空室７の上端壁７ｂにおいて、鏡筒５の先端部５ａと対向する部分には、開口部７ｃが設けられている。さらに、真空室７の内部において、鏡筒５の先端部５ａと当該開口部７ｃとの間には、反射電子検出器８が設置されている。この反射電子検出器８には、電子銃１からの電子線６が通過するための図示しない開口が形成されている。なお、試料室７には、上端壁７ｂを上下左右方向（垂直及び水平方向）に移動させるための伸縮自在の移動機構１０が設けられている。これにより、試料室７の下端壁７ａと上端壁７ｂは、移動機構１０を介して接続されている。移動機構１０は、当該上端壁７ａ上に配置される試料保持体１４の移動を行う。これにより、試料保持体１４の試料保持膜１２が移動し、試料保持膜１２上の試料が移動する。

試料室７の上端壁７ａの上面において、開口部７ｃの周囲の部分には、Ｏリング１２が配置されている。このＯリング１２の上には、試料保持体１４が載置されている。

試料保持体１４は、試料保持膜１２と固定用部材１３とを備えている。試料保持膜１２は、電子線が透過するが気体や液体は透過しない膜であり、その厚さは例えば１０〜１０００ｎｍとなっている。試料保持膜１２の上面である第１の面における試料保持領域には試料１１が配置される。また、試料保持膜１２の下面である第２の面は、試料室７の上端壁７ｂ上に配置されたＯリングと接触している。真空室７は、試料保持体１４の試料保持膜１２により密閉される。

試料保持膜１２の第１の面において、試料１１が配置される試料保持領域を回避するように固定用部材１３が配置されている。この固定用部材１３は、当該第１の面において、試料１１を所定の試料保持領域に留めるためのものである。この第１の面における試料保持領域は、試料１１が配置される前には外気に晒され、開放された常圧雰囲気（外気の大気圧雰囲気）に接している。

このような構成からなる試料検査装置を用いて試料１１の検査を行う際には、まず試料保持体１４の試料保持膜１２の第１の面における試料保持領域に、検査対象となる試料１１を供給する。これにより、試料を保持するための試料保持膜１２の開放された常圧雰囲気に接する第１の面に試料が配置される。ここで、試料１１は液状の試料であり、その内部に沈殿物が存在している。

その後、鏡筒５内及び真空室７内をそれぞれ真空引きして、これらの内部がそれぞれ所定の減圧雰囲気となるようにする。真空室７の内部が真空引きされることにより、試料保持膜１２の第２の面に接する雰囲気は減圧される。真空室７の圧力（真空度）は、１０^−４Ｐａ〜１０^−５Ｐａ程度に設定される。

鏡筒５内及び真空室７内がそれぞれ所定の減圧雰囲気となった後、電子銃１から試料保持膜１２の第２の面に向けて一次線としての電子線６が放出される。電子銃１から放出された電子線６は、集束レンズ２及び対物レンズ４により細く集束される。

このようにして集束された電子線６は、試料保持膜１２の第２の面に到達した後、試料保持膜１２を通過し、試料保持膜１２の第１の面における試料保持領域に配置された試料１１を照射する。このとき、走査コイル３が駆動することにより電子線６が適宜偏向され、電子線６は試料１１を走査することとなる。これにより、試料保持膜１２の第２の面側から試料保持膜１２を介して試料に電子線（一次線）６が照射される。

電子線６が照射された試料１１からは、反射電子が発生する。この反射電子は、試料保持膜１２を通過し、開口部７ｃを介して真空室７内の反射電子検出器８に到達する。反射電子検出器８は、当該反射電子を検出する。これにより、電子線６の照射により試料１１から発生する二次的信号としての反射電子が検出される。

試料検査装置は、反射電子検出器８により検出された反射電子の検出結果に基づいて、試料の情報としての走査像（ＳＥＭ像）を取得する。この走査像は、図示しない表示装置により適宜表示され、また必要に応じて図示しない記憶装置にデータとして記憶される。

上記の工程により、試料保持膜１２の開放された常圧雰囲気に接する第１の面に配置された試料１１に、試料保持膜１２の減圧雰囲気に接する第２の面側から試料保持膜１２を介して試料１１に電子線（一次線）６を照射し、当該照射により試料１１から発生する二次的信号を検出して試料の情報を取得することができる。

次に、図２を参照して、試料保持体１４の第１の作成方法について説明する。

まず、固定用部材１３の材料となる方形状の樹脂基板２１を用意する（図２（ａ））。

次いで、ナノインプリント技術を用いて、樹脂基板２１に開口２１ａを形成する。この開口２１ａは、試料保持膜１２の第１の面における試料保持領域の寸法に対応する（図２（ｂ））。

さらに、樹脂基板２１の一方の面（下面）に、スプレーを用いて接着剤２２を塗布する（図２（ｃ））。

そして、ポリイミドの有機薄膜からなる方形状の試料保持膜１２を接着剤２２を介して樹脂基板２１の下面に接着する。これにより、試料保持膜１２と固定用部材１３とを備えた試料保持体１４を安価に作成することができる（図２（ｄ））。

また、このような構成からなる試料保持体１２は、構造的にも安定したものとなる。なお、図２（ｄ）において、１２ａは試料保持膜１２の第１の面であり、１２ｂは試料保持膜１２の第２の面である。試料保持膜１２の第１の面１２ａにおいて、上記開口２１ａにより開放されている領域が試料保持領域となる。なお、図２（ｄ）に示す試料保持体１４の平面図を図３に示す。

このような構造の試料保持体１４では、試料保持領域に配置された液状の試料内の沈殿性構造物（沈殿物）は、沈殿により試料保持膜１２の第１の面と接触することとなる。よって、このような試料保持体１４の下方から（試料保持膜１２の第２の面側から）集束された電子線を照射・走査し、試料保持膜１２を通過した電子線が試料保持膜１２の第１の面上に位置する試料の沈殿物に到達することにより、当該沈殿物から反射電子が発生する。

この発生した反射電子が、試料保持膜１２を通過して、試料保持膜１２の下方に設置された反射電子検出器により検出されることにより、当該沈殿物を含む試料のＳＥＭ像が試料情報として取得される。

上記において、試料保持膜１２の厚さ（膜厚）は１０〜１０００ｎｍ程度に設定されている。さらに膜厚を小さく（薄く）すると、試料保持膜１２に入射した電子線の散乱をより少なくすることができるので、ＳＥＭ観察の分解能を向上することができるが、試料保持膜１２の強度が低下することとなる。これに対して、膜厚を大きく（厚く）すると、ＳＥＭ観察の分解能は劣化するが、試料保持膜１２の強度が向上する。よって、試料保持膜１２の膜厚を適正に設定する必要がある。より好ましい例としては、試料保持膜１２の膜厚を２０〜２００ｎｍとするのが良い。

また、上記の例では、試料保持膜１２の原材料としてポリイミドを用いた例を示したが、原材料としてポリプロピレンやポリエチレン等の有機系材料を用いることもできる。

さらに、上記の例では、接着剤２２を介して試料保持膜１２と固定用部材１３とを接合しているが、融着を用いて試料保持膜１２と固定用部材１３とを接合するようにしても良い。この場合、当該接合工程を簡略化することができる。

そして、図４に示すように、試料保持膜１２と固定用部材１３との間に、導電性の有機薄膜（導電層）２４を設けるようにしても良い。これにより、電子線の照射による試料の帯電を低減させることができる。特に、当該導電層２４を接地させておくことにより、試料の帯電を確実に防止することができる。

次に、図５を参照して、試料保持体１４の第２の作成方法について説明する。本例では、試料保持膜及び固定用部材を上記とは別の材料を用いて形成する点において上記例と異なる。

まず、シリコン（Ｓｉ）基板３１の一方の面に酸化膜（ＳｉＯ_２膜）３３を形成する。この酸化膜３３は、試料保持膜１２とされるものであり、その膜厚は電子線が透過される厚さに設定する（図５（ａ））。

次いで、フォトリソグラフィーの手法を用いて、シリコン基板３１の他方の面にレジストパターン３２を設ける。レジストパターン３２には、開口３２ａが形成されている。この開口３２ａは、試料保持膜１２の第１の面における試料保持領域の寸法に対応する（図５（ｂ））。

さらに、レジストパターン３２をマスクとして、ディープＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）の手法を用いて、上記開口３２ａにより露出されたシリコン基板３１の部分を選択的にエッチングする。これにより、シリコン基板３１に開口３１ａが形成される（図５（ｃ））。

そして、アッシングを行うことにより、レジストパターン３２を除去する。これにより、酸化シリコンからなる試料保持膜１２とシリコンからなる固定用部材１３とを備えた試料保持体１４が作成される。

この例では、酸化シリコンを試料保持膜１２に用いたので、試料保持膜１２の耐久性を向上させることができる。なお、本例では、試料保持膜１２の構成材料として酸化シリコンを用いたが、他の構成材料として窒化シリコン、窒化ホウ素、ベリリウム等の他の無機材料を用いることもできる。また、これらの構成材料からなる試料保持膜１２を、ＣＤＶ、スパッタリング、蒸着、レーザーアブレーション等の化学的若しくは物理的な成膜方法により形成することができる。

次に、図６を参照して、試料保持体１４の第３の作成方法について説明する。本例では、試料保持膜の試料保持領域にメッシュを設けるものである。

まず、固定部材１３の材料となる方形状の樹脂基板４１を用意する（図６（ａ））。

次いで、ナノインプリント技術を用いて開口４１ａを形成するとともに、該開口４１ａ内での一部の基板部分を残してメッシュ４１ｂを設ける。このメッシュ４１ｂは、基板４１と同様に、樹脂から構成されている（図６（ｂ））。

さらに、メッシュ４１を含む樹脂基板４１の一方の面（下面）に、スプレーを用いて接着剤４２を塗布する（図６（ｃ））。

そして、ポリイミド等の有機薄膜からなる方形状の試料保持体１２を接着剤４２を介して樹脂基板４１の下面に接着する。これにより、試料保持膜１２の第１の面における試料保持領域にメッシュ４１ｂが設けられた試料保持体１４が作成される（図６（ｄ））。

上述した試料検査装置（図１参照）において、真空室７内を減圧すると、試料保持膜１２の面には、外気の常圧雰囲気（試料保持膜１２の第１の面側）と試料室７内の減圧雰囲気（試料保持膜１２の第２の面側）とに起因する圧力差が生じるが、このようなメッシュ４１ｂを備えた試料保持体１４を用いることにより、試料保持膜１２をメッシュ４１ｂによって支持して強度的に補強することができ、試料保持膜１２が破損することを確実に防ぐことができる。また、メッシュ４１ｂをグリッドとしても良い。

なお、上記の試料保持膜１２の補強はメッシュ構造により実施したが、これに代わってラインアンドスペース構造やハニカム構造を用いても良い。また、試料保持膜１２は、ポリイミドに限らず、ポリプロピレンやポリエチレン等の他の有機系材料を用いても良い。また、カーボンを材料として用いても良い。さらに、試料保持膜１２と固定用部材１３との間に、導電性の有機薄膜を設けるようにしても良い。

また、図７に示すように、試料保持膜１２の第２の面１２ｂに、開口４５ａ及びメッシュ４５ｂを有する樹脂フィルム４５を接着剤４４を介して設けるようにしても良い。この場合、メッシュ４５は、減圧雰囲気とされる真空室７側に位置することとなる。

次に、図８を参照して、試料保持体１４の第４の作成方法について説明する。

まず、電子線が透過できる厚さを有する酸化膜（ＳｉＯ_２膜）５２と、この酸化膜５２の両面に設けられたシリコンからなる基板部５１，５３とを備えたＳＯＩ基板５０を用意する。酸化膜５２は、試料保持膜１４とされる（図８（ａ））。

次いで、フォトリソグラフィーの手法を用いて、第１の基板部５１の表面にレジストパターン５４を設ける。レジストパターン５４には、開口５４ａが形成されている。この開口５４ａは、試料保持膜１２の第１の面における試料保持領域の寸法に対応する（図８（ｂ））。

さらに、レジストパターン５４をマスクとして、ディープＲＩＥの手法を用いて、上記開口５４ａにより露出された基板部５１の部分を選択的にエッチングする。これにより、試料保持領域に対応する開口５１ａが基板部５１に形成される（図８（ｃ））。

その後、アッシングを行うことにより、レジストパターン５４を除去する（図８（ｄ））。

次に、このようにして加工されたＳＯＩ基板の上下を反転し（図８（ｅ））、第２の基板部５３の表面にレジストパターン５５を設ける。レジストパターン５５には、所定の開口５５ａが形成されている（図８（ｆ））。

そして、レジストパターン５５をマスクとしてディープＲＩＥの手法を用いて、上記開口５５ａにより露出された基板部５３の部分を選択的にエッチングする（図８（ｇ））。

その後、アッシングを行うことにより、レジストパターン５３を除去する（図８（ｈ））。これにより、酸化膜５２からなる試料保持膜１２の第１の面１２ａに固定用部材１３が設けられているとともに、試料保持部１２の第２の面１２ｂにメッシュ５２ｂが設けられた試料保持体１４が作成される。

この例においても、メッシュ５２ｂにより試料保持膜１２を強度的に補強することができ、上記の圧力差に起因して試料保持膜１２が破損することを確実に防ぐことができる。

なお、上述と同様に、試料保持膜１２の補強は、メッシュ構造に代えて、ラインアンドスペース構造やハニカム構造を用いても良い。

また、試料保持膜１２の構成材料として、酸化膜の代わりに窒化シリコン、窒化ホウ素、ベリリウム等の他の無機材料を用いることもできる。また、これらの構成材料からなる試料保持膜１２を、ＣＤＶ、スパッタリング、蒸着、レーザーアブレーション等の化学的若しくは物理的な成膜方法により形成することができる。

次に、図９を参照して、試料保持体の変形例について説明する。図４において、試料保持体１４ａは、試料保持膜１２と、この試料保持膜１２の第１の面に設けられた固定用部材１３とを備えている。試料保持膜１２の第１の面には、複数の試料保持領域が設定されている。

固定用部材１３には、試料保持膜１２の第１の面における各試料保持領域に対応して、複数の開口１３ａが形成されている。これら各開口１３ａにより、試料保持膜１２の各試料保持領域は外気に開放されている。各開口を介して、各試料保持領域に複数種類の試料を配置することができる。

この試料保持体１４ａは、上述した各試料保持体の作成方法の何れかを採用することにより作成することができる。このような試料保持体１４ａを用いることにより、複数の試料の検査を効率良く行うことができる。

次に、図１０を参照して、試料検査装置の変形例について説明する。本例における試料検査装置は、鏡筒５が傾斜可能となっている。これにより、電子線の試料１１への照射角度が調整できる。ここで、図１０において、試料保持体１４は、上述した試料保持体のうちの何れか一つである。

このように鏡筒を傾斜できるようにしたので、試料保持体１４に配置された試料１１内の沈殿物を動かすことなく、ＳＥＭによる傾斜観察を行うことができる。これにより、試料１１中の沈殿性構造物の３次元的構造に関する情報を取得することができる。

具体的には、ヨーグルト飲料や血液を試料としたときに、ヨーグルト飲料中のビフィズス菌や血液中の血球成分の構造を良好に観察でできる。特に、複数の傾斜画像から、試料中の構造物の輪郭をコンピュータを用いて再構築することにより、３次元立体画像を構築することができる（コンピュータトポグラフィー）。

次に、図１１及び図１２を参照して、上記試料検査装置を備える自動検査システム及び自動検査方法について説明する。なお、図１１に示す自動検査システムの各構成要素は、図示しない制御装置により制御される。

最初に、試料の自動前処理を行う。まず、オートピペット６０を用いて、血液等の液状の試料を自動的に前処理ユニット６１に入れる。その後、同様の手法により、固定液を前処理ユニット６１に入れる。

この状態で、前処理ユニット６１内の内容物の撹拌を適宜行い、当該試料の固定処理を行う。このときの当該内容物の温度は３７℃に維持して処理をする。

次に、前処理ユニット６１内で固定処理後の試料を、オートピペットを用いて、前処理ユニット６２内に移す。その後、前処理ユニット６２内の試料に含まれる不要な上澄み液を除去した後、当該試料の洗浄処理を行う。

そして、同様の手法により、導電性染色液を前処理ユニット６２内に入れる。この状態で、前処理ユニット６２内の内容物の撹拌を適宜行い、染色処理を施す。その後、前処理ユニット６２内の試料に含まれる不要な上澄み液を再度除去した後、当該試料の洗浄処理を行う（ステップＳ１）。

そして、前処理ユニット６２内の洗浄処理後の試料を、オートピペットを用いて、自動的に試料保持体１４の試料保持領域１４ａに供給する。さらに、試料保持体１４内での試料の沈殿物（沈殿成分）が沈殿するまで待つ（ステップＳ２）。

その後、当該試料保持体１４を、搬送ユニット６３を用いて、試料検査装置を構成するＯリング９の上に移動して載置する。これにより、試料検査装置の真空室７は密閉される（ステップＳ３）。

次いで、試料検査装置の真空室７内の真空引きを行う。これにより、真空室７の内部は減圧雰囲気（大気圧に対して減圧された状態の雰囲気）となる。また、移動機構１０を用いて、真空室７の上端壁７ｂを上下に動かし、試料保持体１４の上下移動を行う。この移動機構１０の動作は、本体コントローラ６４による制御に基づいて実行される。これにより、試料保持体１４内の試料１１を、上下方向における適切な観察位置に配置する（ステップＳ４）。

その後、鏡筒５から照射される電子線についてのフォーカスやスティグマの調整を自動的に行う。この動作も、本体コントローラ６４による制御に基づいて実行される（ステップＳ５）。

そして、試料保持体１４内の試料１１についてのＳＥＭ像を取得する（ステップＳ６）。

このとき、鏡筒５から照射される電子線は、試料保持体１４を構成する試料保持膜１２の下面（第２の面）側から、当該試料保持膜１２を通過して、試料保持膜１２の上面（第１の面）に配置された試料１１に到達する。電子線は適宜偏向されることにより、当該試料１１を走査することとなる。

電子線が走査された試料１１からは反射電子が発生する。この反射電子は、試料保持膜１２を通過して、真空室７内に設置された反射電子検出器８により検出される。反射電子検出器８は、反射電子の検出に基づく検出信号を画像形成手段６５に出力する。画像形成手段６５は、当該信号に基づいて画像形成処理を行い、ＳＥＭ像データを形成する。当該ＳＥＭ像データは、図示しない表示装置に送られる。当該表示装置は、送られたＳＥＭ像データに基づいてＳＥＭ像を表示する。

また、画像形成手段６５により形成されたＳＥＭ像データは、画像サーバー６６に転送される。転送されたＳＥＭ像データは、試料の種類や前処理ごとに自動的に画像サーバー６６内に保存される（ステップＳ８）。

そして、試料の移動から画像サーバーへの当該データの転送までの各工程を、必要な回数繰り返す（ステップＳ４からステップＳ８間での閉ループ）。

このような一連の自動検査方法を用いることにより、前処理を含む全ての工程を自動化することができ、その結果、人による手間を省くことができる。

次に、図１３を参照して、自動検査方法の第２実施例について説明する。

試料の自動前処理において、蛍光マーカー付加処理を含めて処理を実施する（ステップＳ１１）。

そして、自動前処理実施後の試料をオートピペットを用いて、自動的に試料保持体１４の試料保持領域１４ａに供給する。さらに、試料保持体１４内での試料の沈殿物が沈殿するまで待つ（ステップ１２）。

その後、当該試料保持体１４を、搬送ユニットを用いて、試料検査装置を構成するＯリング９の上に移動して載置する。これにより、試料検査装置の真空室７は密閉される（ステップＳ１３）。

次いで、試料検査装置の真空室７内の真空引きを行う。本例において、試料検査装置の真空室７内には、蛍光検出器（図１１において図示せず）が配置されている。また、移動機構１０を用いて、試料保持体１４の上下移動を行い、試料保持体１４内の試料１１を、上下方向における適切な観察位置に配置する（ステップＳ１４）。

その後、鏡筒５から照射される電子線についてのフォーカスやスティグマの調整を自動的に行う。この調整は、反射電子検出器８による反射電子の検出に基づいて行われる（ステップＳ１５）。

そして、試料保持体１４内の試料１１に、上述と同様の方法により電子線を照射する。電子線の照射により、試料１１中の蛍光マーカーはカソードルミネッセンスを起こす。これにより、試料１１中の特定領域（蛍光発生領域）からは、蛍光が発生する。これにより発生した蛍光は、試料保持膜１２を通過し、蛍光検出器により検出される。この蛍光検出器による検出結果に基いて、自動蛍光部位探索が行われる（ステップＳ１６）。

次いで、上記工程により特定された蛍光発生領域を含む試料１１中の領域に電子線を照射・走査し、反射電子を検出してＳＥＭ像データを作成後、当該ＳＥＭ像を表示することにより、蛍光マーカーが付加されている蛍光発生領域の近傍のＳＥＭ像を観察する（ステップＳ１７）。

形成されたＳＥＭ像データは、画像形成手段６５から画像サーバー６６に転送される。転送されたＳＥＭ像データは、試料の種類や前処理ごとに自動的に画像サーバー６６内に保存される（ステップＳ１８）。

そして、試料の移動から画像サーバーへの当該データの転送までの各工程を、必要な回数繰り返す（ステップＳ１４からステップＳ１９間での閉ループ）。

このような一連の自動検査方法を用いることにより、試料１１中での蛍光マーカーが反応する部位を特定することができ、蛍光マーカーが付加された部分の近傍を反射電子像であるＳＥＭ像により詳細に観察することができる。

次に、図１４を参照して、自動検査方法の第３実施例について説明する。

図１４において実施されるステップＳ２１〜ステップＳ２７までの各工程は、図１２（自動検査方法の第１実施例）において実施されるステップＳ１〜ステップＳ７までの各工程と同様である。

本例においては、ステップＳ２７における画像転送を行った後、画像サーバー６６に転送されたＳＥＭ画像データは、コンピュータ６７に送られる。コンピュータ６７は、ＳＥＭ画像データに対して、自動画像処理（ステップＳ２８）及び自動分類（ステップＳ２９）を行う。

ステップＳ２８及びステップＳ２９において、コンピュータ６７は、当該画像データに対して画像処理を施し、その特徴量を抽出する。この画像処理により、画像内における構造物の大きさ、偏心量、エッジのラフネス、密度、表面形態、突起等の特定構造が抽出される。これらの特徴量の組み合わせにより、試料を自動的に分類する。

そして、試料の移動から自動分類までの各工程を、必要な回数繰り返す（ステップＳ２４からステップＳ３０間での閉ループ）。

このような一連の自動検査方法を用いることにより、人の手間を省くことができる。そして、特徴量と分類方法の関係については、予め多数の試料について手動分類の結果を用いて学習させることにより、分類精度を高めることができる。

次に、図１５を参照して、自動検査方法の第４実施例について説明する。

図１５において実施されるステップＳ３１〜ステップＳ３５までの各工程は、図１２（自動検査方法の第１実施例）において実施されるステップＳ１〜ステップＳ５までの各工程と同様である。

本例においては、ステップＳ３５における自動ＳＥＭ調整工程を実施した後、複数の方向から試料１１に電子線を自動的に照射して、これにより複数の方向からのＳＥＭ画像を取得する（ステップＳ３６）。

このように複数の方向から試料１１に電子線を照射する際には、一例として、図１０に示されるように、鏡筒５が適宜傾斜可能な装置構成を用いることができる。また、ステップ３６において、複数の方向からのＳＥＭ画像に基づいて、試料１１中の構造物の３次元形状の計算を行うこともできる。

複数の方向からのＳＥＭ像データには、画像形成手段６５により、自動的に３次元形状構築処理が施される（ステップＳ３８）。

そして、３次元形状構築処理が施された画像データは、画像サーバー６６に転送される（ステップＳ３８）。

その後、当該画像データは、コンピュータ６７に送られる。コンピュータ６７は、当該画像データに対して、自動画像処理（ステップＳ３９）及び自動分類（ステップＳ４０）を行う。

ステップＳ３９及びステップＳ４０において、コンピュータ６７は、当該画像データに対して画像処理を施し、その特徴量を抽出する。この画像処理により、画像内における構造物の大きさ、３次元的な偏心量、エッジのラフネス、密度、表面形態、突起等の特定構造が抽出される。これらの特徴量の組み合わせにより、試料を自動的に分類する。

そして、試料の移動から自動分類までの各工程を、必要な回数繰り返す（ステップＳ３４からステップＳ４１間での閉ループ）。

このような一連の自動検査方法を用いることにより、人の手間を省くことができる。そして、特徴量と分類方法の関係については、予め多数の試料について手動分類の結果を用いて学習させることにより、分類精度を高めることができる。

特に、本例において、試料１１として血液を検査対象とした場合、血液中の血球の観察を行い、血球の３次元的な形状を分類した結果と病因との関係を用いることにより、分類結果を用いて病因判定を自動的に行うことができる。

また、本例において、試料１１として粉黛を検査対象とした場合、粉黛の観察を行い、粉黛の３次元的な形状を分類した結果と過去の測定結果との関係を用いることにより、分類結果を用いて良品か不良品かの合否判定を自動的に行うことができる。粉黛としては、コピー用トナー、化粧品、顔料、及び黒鉛が対象とされる。

なお、本例において、検査スタート後、ステップＳ３１からステップＳ３６に至る各工程を実行した時点で試料検査を終了しても良い。また、検査スタート後、ステップ３１からステップ３７に至る各工程を実行した時点で試料検査を終了しても良い。

次に、上述した各試料保持体１４の試料保持領域に試料１１を配置した後、試料１１を密閉する例について説明する。

上述の試料検査を実施する際、試料保持体１４内の試料１１に上方からパーティクル等の異物が落下して、試料１１内に当該異物が混入することを防ぐには、試料検査を実施する前に、試料保持体１４中の試料１１の上を塞いで密閉することが有用である。

図１６は、試料保持体１４内の試料１１の密閉構造の一例である。試料保持膜１２及び固定用部材１３を備える試料保持体１４内には試料１１が配置され、当該試料１１の配置後に、固定用部材１３の上面にＯリング５０を介して蓋部材５１を設置する。これにより、試料１１の表面側には蓋部材５１が配置され、試料１１が密閉される。

また、図１７は、試料保持体１４内の試料１１の密閉構造の他の例である。試料保持膜１２及び固定用部材１３を備える試料保持体１４内には試料１１が配置され、当該試料１１の配置後に、試料１１の表面側に接着剤５２を配置する。この接着剤５２は、酢酸エチル系の接着剤である。これにより、試料１１の表面側には接着剤５２が配置され、試料１１が密閉される。

なお、上記例において、酢酸エチル系の接着剤の代わりに、メタクリル、スチレン、アクリル、ウレタン、シリコン、フッ素、エポキシ、酢酸ブチル、酢酸エチル、酢酸セルロースの何れかを含む接着剤、硬化剤、若しくは樹脂の何れかを用いることができる。

図１６又は図１７に示す試料保持膜１２及び固定用部材１３を備える試料保持体１４の構造は、上述した各試料保持体の構造を用いても良い。

このようにして試料１１が密閉された試料保持体は、上述した各試料検査装置（図１、図１０、又は図１１に示された装置）におけるＯリング９上に載置され、上述の各方法により試料１１の検査が実行できる。

上述した本発明においては、試料保持体１４及び試料１１は、真空室７の外側に配置された状態で試料検査を行うことができる。よって、本発明において試料交換を行う際には、単に真空室を減圧状態から常圧状態に戻した後、真空室７の外側で常圧雰囲気（常圧の外部雰囲気）の中で試料交換ができる。これにより、試料の交換時に真空室の内外での試料の移動を行う必要がなく、試料交換を迅速に行うことができる。

なお、上述の各例においては、一次線として電子線を用いた例であったが、試料保持膜のイオンビーム等の他の荷電粒子ビームに対する耐衝撃性や強度が十分に大きければ、一次線として当該他の荷電粒子ビームを用いることができる。

このように本発明では、試料が保持される膜の開放された常圧雰囲気に接する第１の面に試料が配置され、該膜の第２の面側から該膜を介して一次線が試料に照射される。よって、試料交換時には、試料室の外部の常圧雰囲気内で試料の交換を行うことができるので、試料の交換作業を効率良く行うことができる。

また、本発明において、当該第１の面が該膜の上面であり且つ当該第２の面が該膜の下面となっていれば、液状の試料内の沈殿物は該膜の上面（第１の面）側に沈殿して該膜に接近するので、当該沈殿物の検査を良好に行うことができる。

試料検査装置を示す概略構成図である。 試料保持体の第１の作成方法を示す図である。 試料保持体を示す平面図である。 導電層を備える試料保持体を示す図である。 試料保持体の第２の作成方法を示す図である。 試料保持体の第３の作成方法を示す図である。 第２の面にメッシュが設けられた試料保持体を示す図である。 試料保持体の第４の作成方法を示す図である。 試料保持体の変形例を示す図である。 試料検査装置の変形例を示す図である。 試料検査システムを示す概略構成図である。 自動検査方法の第１の実施例を示す図である。 自動検査方法の第２の実施例を示す図である。 自動検査方法の第３の実施例を示す図である。 自動検査方法の第４の実施例を示す図である。 試料の密閉構造の一の例を示す図である。 試料の密閉構造の他の例を示す図である。

符号の説明

１…電子銃、２…集束レンズ、３…走査コイル、４…対物レンズ、５…鏡筒、６…電子線（一次線）、７…真空室、８…反射電子検出器、９…Ｏリング、１０…移動機構、１１…試料、１２…試料保持膜（膜）、１２ａ…第１の面、１２ｂ…第２の面、１３…固定用部材、１４…試料保持体

Claims (44)

1. 試料を保持するための膜の常圧雰囲気に接する第１の面に配置された試料に、該膜の減圧雰囲気に接する第２の面側から該膜を介して試料に一次線を照射し、当該照射により試料から発生する二次的信号を検出して試料の情報を取得する試料検査方法。
2. 試料を保持するための膜の常圧雰囲気に接する第１の面に試料を配置する工程と、該膜の第２の面に接する雰囲気を減圧する工程と、該膜の第２の面側から該膜を介して試料に一次線を照射する工程と、当該照射により試料から発生する二次的信号を検出する工程とを有する試料検査方法。
3. 前記膜の厚さが１０〜１０００ｎｍであることを特徴とする請求項１又は２記載の試料検査方法。
4. 前記膜の厚さが２０〜２００ｎｍであることを特徴とする請求項１又は２記載の試料検査方法。
5. 前記膜の第１の面が該膜の上面となっており、当該膜の第２の面が該膜の下面となっていることを特徴とする請求項１乃至３何れか記載の試料検査方法。
6. 前記試料が液状であることを特徴とする請求項１乃至５何れか記載の試料検査方法。
7. 前記膜の第１の面で試料を所定の保持領域に留めるための固定用部材が当該第１の面に設けられていることを特徴とする請求項６記載の試料検査方法。
8. 前記膜が、酸化シリコン、窒化シリコン、窒化ホウ素、ベリリウム、カーボン、ポリイミド、ポリプロピレン、ポリエチレンのうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１乃至７何れか記載の試料検査方法。
9. 前記膜は導電層を有することを特徴とする請求項１乃至８何れか記載の試料検査方法。
10. 前記一次線の試料への照射角度が調整可能であることを特徴とする請求項１乃至９何れか記載の試料検査方法。
11. 前記一次線は荷電粒子線又は電子線であることを特徴とする請求項１乃至１０何れか記載の試料検査方法。
12. 前記二次的信号は、反射電子若しくは蛍光であることを特徴とする請求項１乃至１１何れか記載の試料検査方法。
13. 前記二次的信号として蛍光を検出して試料における蛍光発生領域を特定し、該蛍光発生領域の近傍から発生する反射電子を前記二次的信号として検出することを特徴とする請求項１２記載の試料検査方法。
14. 前記試料から検出された二次的信号に基づいて形成された画像の画像処理を行い、該画像処理結果に基づいて画像分類を行うことを特徴とする請求項１乃至１３何れか記載の試料検査方法。
15. 前記画像分類結果に基づいて、病因判定若しくは合否判定を行うことを特徴とする請求項１４記載の試料検査方法。
16. 前記試料には、固定処理、染色処理、若しくは蛍光マーカー付処理の何れか一つからなる前処理が施されていることを特徴とする請求項１乃至１５何れか記載の試料検査方法。
17. 荷電粒子線が透過する膜を有し、該膜の第１の面に配置された試料に、該膜の第２の面側から該膜を介して荷電粒子線を照射できる試料保持体であって、該膜の第１の面における試料の保持領域を回避して当該第１の面に固定用部材が設けられていることを特徴とする試料保持体。
18. 前記膜の厚さが１０〜１０００ｎｍであることを特徴とする請求項１７記載の試料保持体。
19. 前記膜の厚さが２０〜２００ｎｍであることを特徴とする請求項１７記載の試料保持体。
20. 前記膜が、酸化シリコン、窒化シリコン、窒化ホウ素、ベリリウム、カーボン、ポリイミド、ポリプロピレン、ポリエチレンのうちの少なくとも一つを含むこと特徴とする請求項１７乃至１９何れか記載の試料保持体。
21. 前記膜は導電層を有することを特徴とする請求項１７乃至２０何れか記載の試料保持体。
22. 前記導電層は、有機薄膜からなることを特徴とする請求項２１記載の試料保持体。
23. 前記膜を支持するためのグリッド若しくはメッシュを備えることを特徴とする請求項１７乃至２２何れか記載の試料保持体。
24. 前記グリッド若しくはメッシュは、シリコン又は樹脂を含んで構成されていることを特徴とする請求項２３記載の試料保持体。
25. 請求項１７乃至２４何れか記載の試料保持体の保持領域に配置された試料に、当該試料保持体を構成する前記膜の第２の面側から該膜を介して荷電粒子線を照射し、当該照射により試料から発生する二次的信号を検出して試料の情報を取得することを特徴とする試料検査方法。
26. 請求項１７乃至２４何れか記載の試料保持体の前記保持領域に試料を配置した後に該保持領域を密閉し、その後当該試料に、当該試料保持体を構成する前記膜の第２の面側から該膜を介して荷電粒子線を照射し、当該照射により試料から発生する二次的信号を検出して試料の情報を取得することを特徴とする試料検査方法。
27. 前記試料保持体の当該保持領域に配置された試料の表面側に、蓋部材、接着剤、硬化剤、若しくは樹脂を配置することにより当該保持領域を密閉することを特徴とする請求項２６記載の試料検査方法。
28. 前記接着剤、硬化剤、若しくは樹脂が、メタクリル、スチレン、アクリル、ウレタン、シリコン、フッ素、エポキシ、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸セルロースのうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項２６記載の試料検査方法。
29. 常圧雰囲気に接する第１の面に試料が保持される膜と、該膜の第２の面に接する雰囲気を減圧する手段と、該膜の第２の面側から該膜を介して試料に一次線を照射する手段と、当該照射により試料から発生する二次的信号を検出する手段とを備える試料検査装置。
30. 前記膜の厚さが１０〜１０００ｎｍであることを特徴とする請求項２９記載の試料検査装置。
31. 前記膜の厚さが２０〜２００ｎｍであることを特徴とする請求項２９記載の試料検査装置。
32. 前記膜の第１の面が該膜の上面となっており、当該膜の第２の面が該膜の下面となっていることを特徴とする請求項２９乃至３１何れか記載の試料検査装置。
33. 前記膜の第１の面で試料を所定の保持領域に留めるための固定用部材が当該第１の面に設けられていることを特徴とする請求項２９乃至３２何れか記載の試料検査装置。
34. 前記膜が、酸化シリコン、窒化シリコン、窒化ホウ素、ベリリウム、カーボン、ポリイミド、ポリプロピレン、ポリエチレンのうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項２９乃至３３何れか記載の試料検査装置。
35. 前記膜は導電層を有することを特徴とする請求項２９乃至３４何れか記載の試料検査装置。
36. 前記導電層は有機薄膜からなることを特徴とする請求項３５載の試料検査装置。
37. 前記一次線の試料への照射角度が調整可能であることを特徴とする請求項２９乃至３６何れか記載の試料検査装置。
38. 前記一次線を照射する鏡筒が傾斜することにより、当該一次線の試料への照射角度が調整可能であることを特徴とする請求項３７記載の試料検査装置。
39. 前記膜の移動を行う移動機構を備えることを特徴とする請求項２９乃至３８何れか記載の試料検査装置。
40. 請求項１７乃至２４何れか記載の試料保持体の保持領域に配置された試料に、当該試料保持体を構成する前記膜の第２の面側から該膜を介して荷電粒子線を照射し、当該照射により試料から発生する二次的信号を検出して試料の情報を取得することを特徴とする試料検査装置。
41. 前記試料から検出された二次的信号に基づいて形成された画像の画像処理を行い、該画像処理結果に基いて画像分類を行うことを特徴とする請求項４０記載の試料検査装置。
42. 前記画像分類結果に基づいて、病因判定若しくは合否判定を行うことを特徴とする請求項４１記載の試料検査装置。
43. 請求項４０乃至４２何れか記載の試料検査装置を備え、前記試料の前処理手段と、前処理がされた試料を前記試料保持体の保持領域に供給する手段と、試料を保持した試料保持体を当該試料検査装置に移動する手段とを具備した試料検査システム。
44. 前記前処理手段は、試料の固定処理、試料の染色処理、又は蛍光マーカー付加処理のうちの少なくとも一つを実行することを特徴とする請求項４３記載の試料検査システム。

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